Режущий инструмент - Шагун В.И.

Автор: Шагун В.И.

Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства машиностроение

Год: 2002

Похожие

Бестиарий Анны Уэльсской (XV в.)

黎曼几何.初步. An Introduction to Riemann Geometry

Wild flowers of Hokkaido.

Sanyo №11

Текст

В. И. ШАГУН

РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Проектирование. Производство. Эксплуатация

Допущено Министерством образования
Республики Беларусь в качестве учебного пособия
для студентов машиностроительных
специальностей высших учебных заведений

КАбУКСВАЯ

Ьелар5е»*в)а нацыяпальяага
тзхиачнага ухпверсИзта
1нв.№.>Ж2/72

МИНСК
НПООО «ПИОН»
2002
УДК 621.9(075.8)
ББК 34.63 5л?-3 >

Ш 15

Рецензенты:

кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»
Могилевского государственного технологического университета,
профессор кафедры «Технология металлов»
Белорусского аграрного технического университета Кожуро Л.М.

Шагун В.И.

Ш15 Режущий инструмент: Проектирование. Производство.
Эксплуатация: Учеб, пособие / В.И. Шагун. —
Мн.: НПООО "ПИОН”, 2002. — 496 с.

18В№ 985-6268-29-Х

В пособии рассмотрены конструкции стандартных и других широко
известных режущих инструментов, изложена методика проектирования с
оптимизацией конструкции по минимуму приведенных затрат на операции
использования инструмента, а также основы технологии изготовления и
рациональной эксплуатации режущих инструментов.

Пособие предназначается для студентов машиностроительных специаль-
ностей технических вузов, технологов-машиностроителей и конструкторов-
инструментальщиков

УДК 621.9(075.8)

ББК 34.63-5я73

1§ВК 985-6268-29-Х

Ко вес времена человек стремится наиболее полно удовлетворить
( нои ширебности в предметах материального и духовного потребления,
чю во (можно только на основе высокой производительности труда. Это
1ППЧИ1, должны быть минимальными затраты общественно необходи-
мою «руда на производство предметов потребления, а именно, живого
<руда и труда, овеществленного в зданиях, сооружениях, в их отопле-
нии, освещении, а также в машинах, приспособлениях и в других объек-
1в\, используемых в производстве предметов потребления.

Режущий инструмент, выступая в единстве со станком, управляю-
щей машиной и человеком в процессе производства, играет немало-
важную роль в уменьшении этих затрат. Его влияние сказывается
прежде всего через производительность и энергоемкость процесса
рсыния, а также экономичность самого инструмента. Эти свойства
иис1румента в большинстве случаев противоречат друг другу, и по
каждому из них в отдельности нельзя оценить эффективность конст-
рукции инструмента. Обобщенным, непротиворечивым критерием ею
«нпимальности, исходя из изложенных позиций, может быть только
минимум приведенных затрат на операции использования инструмсн-
Этот критерий гармонично включает в себя производительность
ипс!румента, его экономичность и энергопотребление, так как вы-
ражает затраты общественно необходимого труда на выполнение опе-
рации. С использованием данного критерия впервые рассматриваются
вопросы проектирования, производства и эксплуатации инструмента.

Производство инструмента, методы его изготовления влияют не
юлько на его стоимость, но и на его качество, а именно, на произво-
ди юльность и срок службы, т.е. на параметры, от которых зависит
уровень приведенных затрат в сфере эксплуатации инструмента. То
же самое можно сказать и об условиях его эксплуатации.

Таким образом, конструкция инструмента, способы его изготовле-
ния и эксплуатация определяют уровень затрат на выполнение опера-
ций по производству предметов личного, общественного и производ-
е<венного назначения, т.е. сказываются на конечной цели обществен-
ного производс!ва, на мере удовлетворения личных потребностей
каждого человека.

Любой инженер-машиностроитель обязан стремиться уменьшать
затраты общественно необходимого труда на производство машин, от
качества и свойств которых в конечном итоге зависят затраты труда
в производстве предметов потребления, а поэтому должен в совер-
шенстве владеть режущим инструментом, влияющим на указанные
затраты. Он должен грамотно выбирать нужный стандартный инстру-
мент для выполнения технологической операции, уметь усовершен-
ствовать его или спроектировать новый, оптимальный для конкретных
условий применения, уметь грамотно его эксплуатировать, а также
иметь представление о технологии изготовления инструмента.

В связи с изложенным, пособие составлено из четырех разделов

Раздел 1. Обзор конструкций режущих инструментов.
Обзор, достаточный для ознакомления с существующими конструкци-
ями, их технологическими возможностями, общими для инструментов
элементами, но недостаточно подробный, чтобы закомплексован
будущего инженера, сделать его неспособным предложить новые
лучшие решения.

Раздел 2. Проектирование режущих инструментов. Под-
робно изложены преимущества и недостатки каждого отдельного
элемента конструкции инструмента, из которых по приведенному ал-
горитму «собирается» или совершенствуется любой инструмент кон-
кретного назначения и оптимизируется по минимуму приведенных
затрат на выполняемой им операции. Раскрыта диалектика проекти-
рования.

Раздел 3. Производство режущих инструментов. Режу-
щий инструмент по сути — объект технологии машиностроения.
Поэтому в пособии изложена только методика разработки технологи-
ческого процесса изготовления инструмента, технологические приемы
и операции, которые не встречаются в общей технологии машино-
строения.

Раздел* 4. Эксплуатация режущих инструментов. С пози-
ций уменьшения приведенных затрат на операции использования ре-
жущсю инструмента изложены требования к нему во время работы
и методы их обеспечения. Поскольку есть монографии по экс-
ннутации режущего инструмента [238; 264] и другие работы, в посо-
бии принципиально рассмотрены лишь способы крепления инструмен-
кж па станках, неполадки в работе и методы их устранения, органи-
зация эксплуатации инструментов в автоматизированном машино-
11 роении и организация инструментального хозяйства в целом.

Предлагаемая работа предназначена для студентов машинострои-
।единых вузов, но может быть полезна студентам техникумов и ПТУ,
а вакже дипломированным инженерам-машиностроителям, особенно
инструментальщикам, так как по-новому освещает методику проек-
1ирования, содержит достаточно хорошую подборку литературы нс
конкоегным вопоосам.
О^ЗОР КОНСТРУКЦИЙ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

1.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ,
ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1.1. Режущий мио румент. Определение, назначение,
требования, критерий оптимальности

Инструмент — орудие труда, используемое в рабочей машине
для изменения состояния предмета труда. Инструментом оснащают
любую рабочую машину. Инструмент металлорежущего станка назы-
вают металлорежущим или просто режущим. Он изменяет форму
предмета труда (обрабатываемой заготовки) и обеспечивает каче-
ство обработанных поверхностей путем снятия стружки в процессе
обработки заготовки.

Таким образом, хоть это и банально, но режущий инструмент
прежде всего должен резать, причем не просто резать, а обеспечить
при этом требуемые размеры и качество обработанных поверхностей.
Если хо!ь одно из этих двух требований (резать и обеспечивать
требуемое качество обработки) инструментом не обеспечивается,
то его вообще нельзя назвать инструментом Указанные требования
обязательны, но недостаточны Инструмент должен быть еще и наи-
выгоднейшим, или оптимальным. Необходимо, чтобы он обеспечил
минимальные затраты общественно необходимого труда на операции
его использования Это значит, что приведенные затраты на операции
использования инструмента’ заработал плата оператора, перенесен-
ная на операцию часть заработной платы персонала, обслуживающего
сферу производства, часть стоимости зданий, сооружений, отопления,
освещения, силовой электроэнергии, самого инструмента и др. —
должны быть минимальными. Последнее возможно, если инструмент
обладает следующими свойствами:
а) высокой производительностью;

б) малой энергоемкостью резания;

в) высокой экономичностью.

Высокая производительность — это большой объем стружки,
снятой в единицу времени, т.е. большое количество деталей, обрабо-
।анпыч в единицу времени. В связи с этим на выполненную операцию
(и<1|ъ1<юц|ннмо деталь) приходится меньше заработной платы опера-
|нрн и ршннпиков, обслуживающих производственный процесс, мень-
пн нг|н’нссспиая на операцию часть стоимости средств производства
I|’шин11 сооружений, станка и т.д.). Таким образом, высокая произво-
шк 1ыюс1ь — очень важная, пожалуй, наиболее важная экономи-
ст кия характеристика качества инструмента.

Малаи энергоемкость резания — это минимальный расход
И1.Ю1ЮЙ )лек1роэнергии на снятие единицы объема срезаемого при-
тока В связи с высокой стоимостью энерго ресурсе в малая энерго-
гмкоиь резания является вторым по значимости показателем каче-
I им инструмента и реализуется при минимальных силах резания на
1 шпицу срезаемого слоя металла.

Экономичность инструмента определяет перенесенную на опе-
рацию часть его стоимости и затрат на его эксплуатацию. Высокая
жопомичность достигается, если инструмент удовлетворяет следую-
щим зребованиям:

а) оолыпой срок службы (высокая стойкость и большое число пере-
ючек),

и) шикая стоимость (высокая технологичность, малый расход доро-
же тоящих режущих материалов);

в) малые затраты на восстановление режущей способности после
инупления (простота переточек, быстрота замены затупившихся
кромок или режущих пластин),

I) возможность переработки па другой размер или вид полностью
(Мрабоганного инструмента),

д) просюта сбора отходов дорогостоящих материалов (инструменты
с механическим креплением режущих пластин)

Указанные свойства или частные требования к инструменту: вы-
сокая производительность, малая энергоемкость резания, экономич-
ное п» и условия их достижения — справедливы и сами по себе
непротиворечивы. Однако если приходится совместить их для оцен-
ки качества инструмента, то они вступают в противоречие друг с
друзом Например, инструмент может быть высокопроизводитель-
ным, но неэкономичным, обладать высокой стойкостью, но быть
дорогим и т.д. Опираясь на эти показатели качества, нельзя дать
однозначную оценку оптимальности инструмента. Необходимы та-
кие критерии оптимальности, которые не противоречат друг другу, а
еще лучше — один критерий оптимальности. Поскольку главным
средством достижения наиболее полного удовлетворения матери-
альных и духовных потребностей человека является высокая произ-
водительность общественно необходимого труда в сфере трудовой
деятельности, то ее и следует принять в качестве критерия опти-
мальности любого решения в сфере деятельности человека, в том
числе и для оценки оптимальности конструкции инструмента, техно-
логии его изготовления и условий эксплуатации. Используя катего-
рии экономики, это экономическое требование можно сформулиро-
вать следующим образом, критерием оптимальности конструк-
ции инструмента, технологии его изготовления и условий эк-
сплуатации является минимум приведенных затрат на опера-
ции использования инструмента.

Этот критерий органически объединяет все свойства инструмента,
условия его функционирования и не противоречит основной цели про-
изводства. в связи с чем является объективным и непротиворечивым.

Подобных методик оптимизации конструкций инструментов, усло-
вий его изготовления и функционирования пока нет. Здесь должны
быть строгие экономические расчеты. На стадии проектирования
упрощенно, но с достаточной степенью точности минимальные приве-
денные затраты в денежном выражении можно определить как сумму
статей расхода на одну обработанную деталь или операцию:
а) заработная плата оператора, выполняющего работу проектируе-
мым инструментом;

б) накладные расходы на заработную плату. На каждом предприятии
они свои, доходят до 600 и более процентов от заработной платы
оператора;

в) затраты на режущий инструмент и поддержание его работоспособ-
ности;

г) затраты силовой электроэнергии.
1.1.2. Элементы конструкции и составные части инструмента.
Режущий клин — основа конструкции

любого режущего инструмента

Каждый инструмент имее! рабочую и присоединительную части.

Присоедини тельная часть служит для соединения инструмента
со станком. Она имеет базовые поверхности, которыми инс1румент
ориентируется относительно станка, и элементы передачи усилий со
стороны станка на инструмент.

Рабочая часть отделяет 01 заготовки срезаемый слой и отводит
стружку из зоны резания. Многие инструменты в зависимости 01 кон-
струкции и назначения имеют рабочую часть, состоящую из режущей
и калибрующей. Режущая часть непосредственно отделяет срезаемый
слой, а калибрующая обеспечивает точные размеры, форму и качество
обработанной поверхности. В свою очередь, режущая часть может
состоять из элементов, последовательно выполняющих черновую, полу-
чистовую и чистовую обрабо!ку. Чем более развита рабочая часть,
тем эффективнее режущий инструмент, способный с высокой
производительностью обеспечить хорошее качество обработки.

Для повышения точности обработанных поверхностей и обеспече-
ния требуемого расположения их относительно друг друга или базо-
вых поверхностей обрабатываемой детали инструмсшы могут иметь
специальные направляющие част для направления в рабою по
обрабатываемой де1али или приспособлению.

Важнейшим элеменюм конструкции рабочей части любого режу-
щего инструмента является режущий клин (лезвие) К (рис 1.1),
представляющий собой материализованное пространств. 01раничен-
ное двумя или несколькими поверхностями, линия пересечения кото-
рых образует режущую кромку нужной конфигурации.

Под действием усилия, передаваемого станком на инструмент,
режущий клин внедряется в обрабатываемый металл и перемещается
в теле заготовки

Одна из поверхностей во время перемещения клина в процессе
резания находится впереди и называс юя передней По ней сходит
отделяемая клином стружка. Другая (или друлие) находится сзади, со
стороны поверхности резания, и называется задней (или задними)

о
Рис I 1 Основные виды обработки резанием, а — точение;

б — сверление, в — строгание, г — фрезерование; д — протягивание;

1 — передняя поверхность, 2 — задняя поверхность режущего клина /Г;

3 — стружка

Режущая кромка, отделяющая срезаемый слой материала по боль-
шей стороне периметра, называется главной, так как выполняет глав-
ную работу резания. В отличие от нее режущую кромку, выполняю-
щую вспомогательную работу, отделяющую срезаемый слой по тол-
щине, называют вспомогательной. Между главной и вспомогатель-
ной кромками могут быть переходная, оформляющая целесообраз-
ный переход от главной к вспомогательной кромке, зачистная, обес-
печивающая зачистку обработанной поверхности заготовки, удаляя
остаточный, не срезанный остальными кромками слой материала.

Задние .поверхности режущего клина, примыкающие к этим
кромкам, получили их названия: задняя главная, задняя вспомога-
Рис 1.2 Элементы конструкции токар-
ного резца / — головка резца, 2 — тело
резца (стержень), 3 — передняя поверх-
ность, 4 — главная задняя поверхность.

5 — переходная задняя поверхность.

6 — вспомогательная задняя поверх-
ность, 7 — вершина резца. 8 — вспомо-
гательная режущая кромка. 9 — пере-
ходная режущая кромка. 10 — главная
режущая кромка

параметры режущею клина

тельная, задняя переход-
ная и задняя зачистная.
Передняя поверхность у
режущего клина одна. Ее,
как и задние поверхности, в
отличие от других, называ-
ют рабочими поверхнос-
тями инструмента.

Режущий клин и осталь-
ные элементы конструкции
инструмента образуются
пуюм сопряжения разных
поверхностей, определен-
ным образом расположен-
ных в пространстве. Это
предопределяет общие под-
ходы к проектированию ре-
жущих инструментов всех
видов и любого назначения.
Для примера элементы кон-
струкции резца представле-
ны на рис. 1.2.

1.1.3. Геометрические

Для того чтобы режущий клин мог эффективно резать, его рабо-
чие поверхности (передняя и задняя) должны иметь надлежащую
форму, а также нужное расположение относительно друг друга и
обрабатываемой заютовки. Расположение элеменюв режущего кли-
на характеризуется углами в соответствующей системе координат.
Эти углы и форма рабочих поверхностей называююя геометрией
режущего инструмента.

Различают три системы координан инструиентачьную, стати-
ческую и кинематическую.

В инструментальной системе координат геометрические пара-
метры рассматривают относительно базы, удобной для изютовления и
контроля инструмента. Эти параметры обычно называют углами за-
точки, характеризующие инструмент как свободное независимое тело

В статической системе координат геометрические параметры
определяют положение режущего клина относительно обрабатывае-
мой детали и привязаны к вектору скорости главного движения V и
вектору скорости подачи 5.

В кинематической системе координат рассматривают кинемати-
ческие или рабочие геометрические параметры в процессе резания.
Значения этих параметров определяются положением вектора скорости
результирующего движения Ж=И+5 и вектора скорости подачи 5.

Статическая и кинематическая системы координат имеют две
вполне определенные координатные плоскости: основную плоскость
и плоскость резания.

Основная плоскость перпендикулярна вектору скорости главного
движения К в статической системе координат или вектору скорости
результирующего движения в кинематической системе, при-

чем в рассматриваемой точке режущей кромки. Когда главное движе-
ние резания вращательное, то основная плоскость в статической систе-
ме является осевой плоскостью заготовки, если вращается заготовка,
или осевой плоскостью инструмента, если вращается инструмент.

Плоскость резания касательна к режущей кромке в рассматри-
ваемой точке и перпендикулярна основной плоскости.

В подавляющем большинстве случаев инструментальная и стати-
ческая системы координат совпадают. Например, за основную плос-
кость токарного резца в инструментальной системе координат прини-
мают основание стержня, т.е. плоскость, которая является базой при
изготовлении, контроле и эксплуатации инструмента. Если резец уста-
новлен таким образом, что проходящая через рассматриваемую точ-
ку режущей кромки осевая плоскость детали параллельна основанию
резца, а ось стержня резца перпендикулярна оси детали (рис. 1.3), то
геометрические параметры резца для этой точки в инструментальной
и статической системах координат одинаковы

Передний угол у — угол между передней поверхностью режуще-
го клина и основной плоскостью. Он положительный, если лежит вне
тела режущего клина.
Рис 1 3 Геометрические параметры токарного резца в разных секущих
плоскостях. 0-0— основная плоскость; Р-Р— главная плоскость резания.

Р1-Р1 — вспомогательная плоскость резания, У-У, X-V — соответствен-

но главные нормальная, продольная и поперечная секущие плоскости,
У-Ур У-Уг — аналогичные вспомогательные секущие плоскости

Задний угол а — угол между задней поверхностью режущего
клина и плоскос1ью резания.

Угол между передней и задней поверхностями называют углом
заострения р=90°-(у+а), а угол между передней поверхностью и
плоскостью резания —углам резания 8=90°-у, Положение режущей
кромки определяется углом в плане и углом наклона.

Угол в плане (р — угол между проекцией режущей кромки на основ-
ную плоскость и направлением подачи. Измеряется в основной плоскости.

Угол наклона режущей кромки Л — угол между режущей кром-
кой и основной плоскостью. Для главной режущей кромки он положи-
тельный, если вершина режущего клина — самая низкая точка режу-
щей кромки по отношению к основной плоскости, а для вспомога-
тельной режущей кромки в таком случае он отрицательный Углы X
измеряются в плоскости резания.

У каждой режущей кромки (главной, вспомогательной, переходной,
зачистной) свои значения указанных углов. Для их различения в назва-
ние угла включается название режущей кромки, например, главный
передний угол, вспомогательный передний угол, главный задний
угол, вспомогательный задний угол, переходной задний угол и т.д.
К условному обозначению угла дописывается соответствующий ин-
декс (см. рис. 1.3).

В большинстве случаев передний и задний углы задаются в секущей
плоскости^ нормапьной к проекции режущей кромки на основную плос-
кость, и называются нормальными. В зависимости от решаемых задач
их нужно пересчитывать на другие направления. При изготовлении и
измерении инструментов чаще всего приходится оперировать углами у и
а в продольной по отношению к телу инструмента секущей плоскости и
поперечной (см. рис. 1.3, плоскости У-У и Х-Х), перпендикулярных к
основной плоскости. Такие углы называют соответственно продольны-
ми и поперечными, например главный продольный передний угол, глав-
ный поперечный задний угол, вспомогательный поперечный передний
угол и т.д., и помечают соответствующим индексом, например «пр»
(продольный) и «и» (поперечный) (рис. 1.3).

Установим взаимосвязи между передними и задними углами то-
карного проходного резца в различных секущих плоскостях в стати-
ческой системе координат. Для этого выполним расчетную схему
(рис 1.4), где плоскость О — передняя поверхность резца, АО —
главная режущая кромка, а ОВ — вспомогательная. Линия 55 —
направление подачи резца. Точка К режущей кромки резца установле-
на на уровне линии центров станка, поэтому вектор скорости V в этой
гочке режущего клина вертикальный.
Через точку К, в которой будем рассматривать геометрические
параметры, проведем плоскость /?, перпендикулярную вектору И.
Эта плоскость является основной и в данном случае она горизон-
тальна и параллельна плоскости основания стержня резца. Через
вектор скорости V и режущую кромку АО проведем плоскость Р
Эю плоскость резания. Она перпендикулярна плоскости Л. Плоско-
сти Р и К пересекутся по линии Н-Н, угол между которой и кромкой
АО будет углом наклона главной режущей кромки Л. Линия Н-Н
представляет собой проекцию главной режущей кромки АО на ос-
новную плоскость. Поэтому угол между линиями Н-Н и 5-5 явля-
ется главным углом в плане (р.

Рис 1 А Расчетная схема для установления взаимосвязей между
передними и задними углами токарного проходного резца
в различных секущих плоскостях
Пересечем основную плоскость К и переднюю поверхность инст-
румента плоскостью, параллельной плоскости Р, След пп этой
плоскости на плоскости К параллелен НН, а след п}п{ на плоскости (2
параллелен АО, Затем пересекаем основную плоскость К, переднюю
поверхность инструмента и плоскость, обозначенную следами пп и
п}п^ тремя секущими плоскостями, проходящими через точку К:
♦ нормальной секущей плоскостью ТУМ перпендикулярной проекции

НН главной режущей кромки АО на основную плоскость /?;

♦ поперечной секущей плоскостью XX, параллельной направлению
подачи 55;

♦ продольной секущей плоскостью УК перпендикулярной направле-
нию подачи.

В результате этих сечений получим заштрихованные на рис. 1.4
прямоугольные треугольники со сторонами, образованными линиями
пересечения трех последних плоскостей с плоскостями К, () и плоскос-
тью, обозначенной следами пп и с прямыми углами в точках г,
/, т и передними углами:

♦ нормальным у-2/Ц:

♦ продольным у

♦ поперечным уп=ЛтктГ

Найдем зависимости между этими углами. Для этого дополнитель-
но через точку /, проведем линию параллельную пп. Получаем
прямоуюльный треугольник 11}г} с прямым углом в точке / и углом Л
в точке так как их параллельна НН, а п}п} параллельна АО,

Установив, чго Лгк1-<$ (гк1ХХ или 55, а к11НН), а Хгкт~<№,
так как гк и кт взаимно перпендикулярны, решим полученные тре-
угольники для установления взаимосвязи между углами у, упр, уп.

Из &кгг} находим \ (г})/кг^(П^1г})1кг

Выразим //, и через кг И ~к1\.$у (из АА7/}), к1 ^Атсозф (из
\к1г, где /А7г”90°, так как к11ЛН, а г1\\НП)

Отсюда //}=&гсо8ф1^у; 1г=1Ц\.^к (из Д/г,^); 11}=г1=кгз\х\<$ (из
Мкг),

Стало быть,

Подставляя найденные значения отрезков П и 1г} в исходное урав-
нение, получим:
18Упр=1ёУСО8ф+18Х81П(р

Аналогичным образом из треугольников ктт^ к!1}, кт1 и /и/.А
находим.

1^Уп=Ч^у$1Пф-1§Х,сО8ф.

Следует обратить внимание, что при выводе угол X отрицательный
(но построению), для положительных X знаки в полученных уравнени-
ях поменяются.

1йУпр-1§УСО8ф-1ёХ81Пф, (1.1)

1&У, =1ёУ81Пф+(ёХсО8ф (1.2)

Умножив уравнение (1.1) на со8ф, а уравнение (1.2) на 81Пф и
сложив, получим:

18уп СО8ф=1§уСО82ф-1йЛ,81ПфСО8ф

ПР +

1&Уп$1Пф -1ЦУ$1П2ф + (^Л81 ПфСО8ф

1ёУпрСО8ф + 18Уп81Пф-18у.

Используя предложенную методику и выполнив соотвс! ствуюшие
расчетные схемы, получим взаимосвязи между всеми главными и вспо-
могательными передними и задними углами в трех секущих плоскостях

18Г11)р=»8Г|со8ф|+1§1151Пф,, (1 3)

18У,п=18Г181Пф-1ёА,|со8ф); (1 4)

с(§апр=с18асо8ф-1^Л81Пф; (I 5)

с1^ап=с1$а81Пф+1$Хсо8ф, (1.6)

с1ёа1пр=-с18а,со8ф1+18Л1я1Пф1, (1 7)

с1ёа11-с18а181пф]-1^Х!со8ф1, (1.8)

где: у и а — главные продольный передний и задний уыы:
уп и ап — главные поперечный передний и задний углы; у , у1п, а,
и а) — вспомогательные продольные и поперечные передний и
задний углы соответственно.

Применяя формулы, надо учитывать правило знаков для гаженса

угла.

Если уюл X равен нулю или мал, то1да сю влиянием можно пре-
небречь и формулы упрощаются, вторые слагаемые их правой части
равны нулю Если но каким-либо причинам неудобно оперировать
углами X и X , а известны продольные и поперечные углы, нормальные
углы МОЖНО 1 ш флпмулаМ, а

ндеукевдя Ы6Л..Г.М

ьеларуекага нацыянальнага!

тзхшчаага ушверсттэта I
*ёУ=1ёУ1фСО5Ф+*ёУп5*пФ; <1 -9)

1ёГГ1ёГ1прсо8ф]+ГёУ1п8<Пф1; (1.Ю)

сГ§а=с1§апрсо$(р+с1§ап$1П(р; (1.11)

с^а1=с1ёа1прсо8<р1+сг§а1п51П(р1. (1.12)

Зависимостями (1.1)—(1.12) можно воспользоваться для установ-
ления взаимосвязей между углами любых инструментов, так как в
основе конструкции каждого из них лежит режущий клин, резец. Для
этого необходимо из зуба инструмента вычленить резец, совместив
передние поверхности и режущие кромки резца и зуба рассматрива-
емого инструмента, показать направление векторов скорости главного
движения V и скорости подачи 5. Однако необходимо помнить, что
при выводе зависимостей (1.1)—(1.12) продольным направлением
У-У считалось направление, перпендикулярное подаче, а поперечным
Х-Х — параллельное подаче (см. рис. 1.4), и в соответствии с этим
использовать приведенные зависимости.

Рассмотрим это на примере сверла. На рис. 1.5 из сверла / вычле-
нен резец 2, показанный пунктиром. Направление 1-1 для резца являет-
ся продольным, а для сверла поперечным, а направление П-П —
поперечное для резца, но продольное для сверла. Направление подачи
и углы <р совпадают. Поэтому при использовании формул (1.1)—(1.12)
для пересчета углов сверла необходимо ввести только переиндекса-
цию углов. Так, формула (1.9) для сверла примет вид.

1ёУ=С§У, СО8ф+1ёУ„р81Пф. (1.13)

Рис 1.5 Совмещение режущих частей сверла и резца: / — сверло, 2 — резец
Для некоторых инструментов на-
правления продольного и попереч-
ного сечений по отношению к телу
инструмента такие же, как и у рез-
ца, но не совпадают направления
подач, а вместе с ними и углы в
плане ф. В таких случаях переин-
дсксация углов не нужна, но в урав-
нениях (1.1)—(1.12) вместо значений
Ф необходимо подставля гь такие
значения, какие бы они были у то-
карного проходного резца В этом
легко убедиться на примере фасон-
ного резца или фасонной фрезы. На-
правления 1-1 и П-П соответственно
продольное и поперечное для совме-

Рис I 6 Совмещение режущих
частей фасонного розна, фасонной
фрезы и токарного проходного
резца, ф — угол в плане фасонного
резца и фасонной фрезы, фр - угол
в плане токарного проходного резца

шейных инструментов (рис. 1.6). 5 и ф — направление подачи и угол
в плане фасонного резца или фасонной фрезы. 5р и фр — направление
подачи и угол в плане токарного проходного резца, для которого
получены уравнения (1.1)—(1.12). Поэтому уравнение 1.9 для фасон-
ной фрезы и фасонного резца примет вид.

или

^§У=‘ёУ„рСО5(90-ф)+1§у181П(90-<р)

Окончательно:

(I 14)

В случаях, когда одновременно изменяются названия направлений
сечений и направления подач, следует производить переиндексацию
углов у и <х и пересчет уыа ф.

Геометрические парамефы инструмента должны быть оптималь-
ными в работе, т.е. оптимальными должны быть кинематические
геометрические параметры Обозначим их индексом «К» Посколь-
ку координатные плоскости всех трех систем координат не совпала-
Ю1, го для изготовления инструмента необходимо пересчитать кине-
магические параметры в инструментальную систему, т.е. определить
оптимальные инструментальные параметры. Обозначим их индексом
«И». Сначала кинематические параметры переводим в статическую
систему (индекс «С»), а затем в инструментальную. Это легко выпол-
нить, зная углы поворота координатных плоскостей одной системы

относительно другой.

Рассмотрим на конкретном
примере пересчета продольных
переднего и. заднего углов от-
резного резца, установленного
выше центра детали на величи-
ну к (рис. 1.7):

аи=ак+ц+т,

где: ц — угол поворота стати-
ческой системы координат от-
носительно инструментальной;
т — угол поворота кинемати-
ческой системы координат от-
носительно статической.

Определим значения р и т:
81пц=2Л/б/; Щт-ЗЧпс!.

8 -8со$\х.

Таким образом,

ц=агс81п(2А/б/),
т=агс1^(5со8р/лб/).

Пересчет углов в плане из
одной системы в другую еще
проще (рис. 1.8).

Таким образом, зная конк-
ретную установку инструмен-
та относительно обрабатывае-
мой детали, значения скорости

Рис 1 7. Схема для пересчета углов из
одной системы координат в другую* Ои,
Ос, Ок— основные плоскости, инстру-
ментальная, статическая, кинематическая,
Ри, Р , Рк— плоскости резания* инстру-
ментальная, статическая, кинематическая
резания и подачи, легко вычислить
оптимальные углы заточки инстру-
мента, исходя из оптимальных ки-
нематических. Однако если изме-
нение углов не превышает допус-
каемых отклонений на изготовле-
ние инструмента, то пересчета уг-
лов не делают. Это свойственно
для передних и задних углов инст-
рументов, во время работы кото-
рых отношение подачи к скорости
резания небольшое, например, то-
карных резцов общего назначения,
зенкеров, фрез и др. Но есть виды
работ, где подачи большие и изме-
нения углов значительные. Так.
при нарезании резьбы резцами ук и
ак резца в поперечном направле-

Рис 1 8 Схема для пересчета углов
в плане из статической
системы координат

в инструментальную “И"'
Ф,Г Фс-П ♦ Ф)н= Ф1СХЦ

нии отличается от статических на угол подъема резьбы, а у за!ы-
ловочного резца при затыловании зубьев фасонных фрез — на
величину заднего угла фрезы в продольном направлении. Измене-
ния таких величин необходимо учитывать.

Контрольные вопросы

1. Назначение режущего инструмента.

2. Требования к режущему инструменту.

3. Критерий оптимальности конструкции инструмента и пути дос1и-
жения оптимальности.

4. Составные части и элементы конструкции инструмента.

5. Геометрические параметры инструмента, их назначение и опреде-
ление.

6. Положение координатных плоскостей в различных системах коор-
динат.

7. Необходимость пересчета углов заточки инструмента из одной
координатной системы в другую.
1.2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

1.2Л. Общие положения

В подавляющем большинстве случаев инструменты делают со-
ставными или сборными: их корпуса изготавливают из конструкцион-
ных сталей, а режущую часть — из инструментальных материалов,
которые иногда называют режущими материалами. Чтобы инстру-
мент был работоспособным и оптимальным, материал его ре-
жущей части должен обладать высокой твердостью, прочнос-
тью, износостойкостью, теплостойкостью (красностойкостью),
ударной вязкостью и циклической прочностью, термодинамичес-
кой прочностью, теплоемкостью, теплопроводностью, малым
сродством к обрабатываемому материалу, хорошо обрабаты-
ваться и не содержать дефицитных элементов

Инструментальная промышленность пока не имеет такого материала,
который в полной мере отвечал бы всем перечисленным требованиям, а
есть определенные группы материалов, отвечающих части из этих тре-
бований: инструментальные углеродистые и легированные стали, быст-
рорежущие стали, дисперсионно-твердеющие инструментальные сплавы,
твердые сплавы, минералокерамика, естественные и искусственные
твердые минералы (алмаз, рубин, сапфир, кубический нитрид бора).

1.2.2. Инструментальные стали и сплавы

Углеродистые инструментальные стали — самый старый
инструментальный материал. Современные марки сталей У9А, У ЮЛ,
У12А. У13А содержат от 0.9 до 1,3 % углерода, закаливаются на
твердость 61—63 НКСЭ и обладают достаточно высокой механичес-
кой прочностью, но низкой износостойкостью и теплостойкостью.

Низколегированные инструментальные стали — углеродис-
тые инструментальные стали с небольшими добавками хрома, мар-
ганца, вольфрама, кремния и ванадия. Наиболее широко применяемые
марки ХВГ, 9ХС, 95ХГСВФ, Х6ВФ закаливаются на твердость до 65
НКСЭ. Износостойкость этих сталей немного выше, чем углеродис-
тых. а теплостойкость такая же невысокая (250—350 °С). Поэтому из
углеродистых и низколегированных инструментальных сталей делают
неответственные ручные инструменты и некоторые машинные, рабо-
1ающие с низкими скоростями резания и характеризующиеся неболь-
шой трудоемкостью изготовления.

Высоколегированные инструментальные слали — быстро-
режущие стали, которые изготавливаются на основе высокоуглероди-
сгых с содержанием углерода от 0,7 до 1,4 % со значительными
добавками карбидообразующих элементов (вольфрама, хрома, вана-
дия, молибдена), что повышает теплостойкость стали до 670 °С и
позволяет в 2—4 раза увеличить допускаемую скорость резания по
сравнению с углеродистыми и низколегированными сталями.

Первые марки быстрорежущих сталей — Р18 и Р9 — содержат
0,8 % углерода, 4 % хрома, соответственно 18 и 9 % вольфрама, 1 и
2% ванадия. Теплостойкость их одинакова, так как одинаков состав
твердого раствора сталей в закаленном состоянии Однако износо-
стойкость стали Р18 приблизительно в два раза выше, чем стали Р9.
она содержит в три раза больше избыточных (свободных) карбидов.
Кроме того, сталь Р18 лучше шлифуется, менее склонна к прижогам
(изменению физико-механических свойств поверхностных слоев под
действием температуры в зоне шлифования). Поэтому сталь Р18
считается классической, эталонной маркой, по отношению к которой
оцениваются свойства других марок быстрорежущей стали.

Стремление повысить режущие свойства быстрорежущей стали и
сократить расход дефицитного вольфрама привело к созданию целой
гаммы марок сгалей (более 40), дополнительно легированных молиб-
деном (Р6МЗ, Р6М5, Р9М4), ванадием (Р9Ф5. Р12ФЗ, Р14Ф4. Р18Ф2).
кобальтом (Р9К5, Р9К10) и совместным легированием этими элемен-
тами (Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф4К5, Р12Ф2МЗК8, Р18Ф2К5 и др.). Их
можно подразделить на группы сталей нормальной, повышенной и
высокой теплостойкости или производительности.

Стали нормальной теплостойкости — вольфрамовые стали
Р18, Р12, Р9 и заменившие их в последние годы вольфрамомолибде-
новые стали Р6МЗ и Р6М5.

Стали повышенной теплостойкости содержат 4—5 % вана-
дия при 9—10 % вольфрама или 6—8 % ванадия при 2—4 % вольф-
рама и 2 % молибдена. К ним относятся также стали, легированные
кобальтом в размере 5% с повышенным содержанием ванадия
(3,5—4 %) и вольфрама (до 12 %), или стали с повышенным содер-
жанием кобальта (6—8 %), пониженным содержанием ванадия
(1,5—2 %) и с содержанием вольфрама до 10 %.

Стали высокой теплостойкости содержат более 12 % кобаль-
та, до 3,5 % ванадия, до 18 % вольфрама. Содержание вольфрама в
них может быть понижено до 11—14 % за счет добавок молибдена.

Из быстрорежущих сталей изготавливают все инструменты,
предназначенные для работы на станках. Однако правильно обосно-
ванный выбор марки стали для конкретных видов инструментов и
условий работы может быть сделан на основе учета эксплуатацион-
ных и технологических свойств этих сталей. Укрупненно эти свойства
можно оценить по характеру влияния на них легирующих элементов.

Вольфрам придает стали высокую твердость, износостойкость и
теплостойкость. Сталь Р18 содержит 18 % вольфрама, хорошо шли-
фуется и закаливается, обладает по сравнению с углеродистыми и
низколегированными сталями высокой теплостойкостью (до 620 °С)3
пониженной, но вполне приемлемой прочностью и теплопроводностью
и поэтому принимается за эталонную. По сравнению со сталями Р12
и Р9 менее пластична, хуже поддается обработке давлением в горя-
чем состоянии, характеризуется более высокой карбидной
неоднородностью (больше карбидные ликвации).

Молибден является химическим аналогом вольфрама, но более
сильнодействующим. Он обеспечивает стали почти ту же (немного
ниже) теплостойкость, что и вольфрам, при соотношении но массе Мд:

1,5. Кроме того, он придает стали более высокую пластичность
в горячем состоянии (сталь лучше куется), повышенную теплопро-
водность, меньшую карбидную неоднородность, повышенную проч-
ность (при содержании его в стали до 5 %), увеличивает интервал
закалочных температур, но повышает склонность к обезуглеро-
живанию при нагреве под закалку.

Ванадий сообщает стали повышенную твердость (до 67 НКС.Д
способствует повышению теплостойкости (до 635 °С), но одновремен-
но повышает хрупкость, понижает прочность и теплопроводность.
Большим недостатком ванадиевых сталей является их плохая шлифу-
емость (склонны к прижогам), ухудшающаяся с увеличением содер-
жания твердых и мало теплопроводных карбидов ванадия.

Кобальт-в противоположность вольфраму, ванадию, молибдену и
хрому образует в стали нс карбиды, а мелкодисперсные интерметал-
лиды, увеличивающие твердость (до 68 НКСЭ) и теплостойкость
(до 670 °С) стали. Кроме того, кобальт в большей степени, чем
молибден, повышает теплопроводность стали. Однако эти стали отли-
чаются небольшой прочностью и повышенной хрупкостью, более
склонны к обезуглероживанию и в два раза дороже стали Р18, кото-
рая, в свою очередь, дороже конструкционной стали в 10—20 раз
Карбидно-интерметаллидная неоднородность несколько выше, чем у
других сталей, а шлифуемое гь выше, чем у ванадиевых

Таким образом, стали повышенной и высокой теплостойкости менее
прочные, хуже обрабатываются или дороже, чем стали нормальной теп-
лостойкости. Поэтому их применение наиболее рационально при работе с
повышенными скоростями и резании труднообрабагываемых сталей и
сплавов, где они могут обеспечить трех-, четырехкратное повышение
стойкости по сравнению со сталями нормальной теплостойкости. Если
культура термической обработки и заточки инструмента низкая (не вы-
держиваются температурно-временные параметры закалки и отпуска,
требуемые условия шлифования и заточки — допускаются прижоги), то
такие стали лучше не применять, так как их исходные свойства будут
испорчены до такой степени, чю стойкость инструментов из этих сталей
может быть ниже, чем из сталей нормальной теплостойкости.

Повышение режущих свойств быстрорежущих сталей достигается
дополнительным легированием их азотом в размере 0,06—0,09 %.
Марки сталей те же, но с добавлением буквы Л: ЛР6М5, 10АР6М5,
АРП, АР18 Легирование азотом на I—2 единицы повышает твер-
дость и на 20—30 % режущие свойства стали.

Улучшение технологических свойств быстрорежущих сталей дос-
тшастся путем изготовления их методом порошковой металлургии,
т.е. прессованием из порошков с последующей прокаткой и ковкой
Это способствует повышению однородности и вязкости стали, улуч-
шению шлифуемое™ и уменьшению деформаций при термической
обработке. Кроме того, стойкость инструментов из таких сталей в
два раза выше, чем из обычных.

Дефицит вольфрама инициировал разработку безвольфрамовых
сталей (11М5Ф; ЭК-41; ЭК-42 и др.), которые по своим режущим
свойствам не уступают стали Р6М5
Высоколегированные безуглеродистые сплавы Р18МЗК25,
Р18М7К25, Р10М5К25, ЗВ20К20Х4, В16М4К16Х4Н2 и другие с содер-
жанием углерода до 0,06 % являются сравнительно новыми инструмен-
тальными материалами. При закалке и отпуске происходит дис-
персионное твердение сплавов, повышающее их твердость
до 69 НКСЭ и теплостойкость до 720 °С. Поэтому сплавы иногда
называют дисперсионно-твердеющими. Они обладают достаточной
прочностью (до 2000 Н/мм2) и используются для обработки
труднообрабатываемых материалов, обеспечивая повышение скорости
резания в 1,5—2 раза или стойкости в 12 раз по сравнению со сталью
Р18. При обработке обычных конструкционных материалов их режу-
щие свойства приближаются к свойствам сталей Р9К5 и Р18Ф2.
Вследствие повышенной стоимости дисперсионно-твердеющие сплавы
так же, как и быстрорежущие стали повышенной и высокой теплостой-
кости, применять при обработке углеродистых и умеренно легирован-
ных конструкционных материалов экономически нецелесообразно

1.2.3. Металлокерамические твердые сплавы

Металлокерамические твердые сплавы получают методом порош-
ковой металлургии путем прессования с последующим спеканием при
температуре 1500—2000 °С порошков карбидов тугоплавких метал-
лов: вольфрама, титана, тантала и не образующего карбидов кобальта.
Режущими компонентами в сплавах являются карбиды, а кобальт
выполняет роль связки.

В промышленности применяются три группы твердых сплавов,
отличающихся по составу карбидной основы: однокарбидные, или
волъфрамокобалътовые, обозначаемые ВК: ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6,
ВК8, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25 (теплостойкость — 800—850 *С);
двухкарбидные, или титановольфрамокобалътовые, обозначаемые
ТК: Т5К12. Т5К10, Т14К8. Т15К10, Т15К6. ТЗОК4, Т60К6 (теплостой-
кость — 850—900 °С), и трехкарбидные, или танталотитановочъ-
фрамокобалыповые, обозначаемые ТТК: ТТ7К12, ТТ8К7. ТТ7К15,
ТТ10К8, ТТ20К9, ТТ21К9 (теплостойкость — 750 °С). Кроме того,
имеются мелкозернистые сплавы ВКЗМ, ВК6М (группа М), особо-
мелкозернистые — ВК60М, ВК100М (группа ОМ), крупнозернис-
тые — ВК4'В, Т15К12В (группа В) и ВК20К, ВК6КС, ВК10КС (груп-
пы К и КС). Фракционный состав сплава определяется цифрами в
марке после знака химического элемента. Например, сплав ВК6 со-
держит 6 % кобальта, остальное — карбиды вольфрама, сплав Т15К6
содержит 6 % кобальта, 15 % карбидов титана и остальное — карби-
ды вольфрама и т.д.

Высокую твердость (до 92 НКЛ), теплостойкость и износостой-
кость сплавам сообщают карбиды; чем их больше содержится в
сплаве, тем выше упомянутые показатели, но ниже прочность. При
этом наиболее высокой прочностью обладают сплавы с карбидами
тантала, затем следуют сплавы на основе карбидов вольфрама. Са-
мую низкую прочность имеют сплавы, содержащие карбиды титана.
Твердость, теплостойкость и износостойкость сплавов изменяются в
направлении, обратном изменению прочности. Кроме того, чем боль-
ше в сплаве содержится кобальта и чем толще его оболочки, обвола-
кивающие зерна карбидов, тем выше прочность сплава. Поэтому
крупнозернистые сплавы характеризуются более высокой, а мел-
козернистые — более низкой прочностью, чем обычные сплавы тако-
го же фракционного состава, но износостойкость крупнозернистых
сплавов ниже, а мелкозернистых выше износостойкости их аналогов.

Твердые сплавы в 3—5 раз дороже бысгрорежущей стали и вы-
пускаются в виде пластинок, которыми оснащаются составные и
сборные инструменты. Мелкоразмерные инструмен!Ы можно изго-
тавливать целиком из твердого сплава. Использование твердого сплава
для оснащения режущих инструментов позволяет повысить по сравне-
нию с быстрорежущей сталью уровень скоросгей резания в 3—5 раз.
оно экономически оправдано только в тех случаях, когда по сравне-
нию с быстрорежущей сталью скорость резания может быть увели-
чена не менее чем в 1,5 раза.

Сплавы ТК как наиболее теплостойкие и износостойкие предназна-
чены для обработки с высокими скорос!ями резания конструкцион-
ных сталей и других металлов, дающих сливную стружку. Сплавы В К
применяются в основном для обработки чугуна, бронзы и других
материалов, дающих стружку скалывания, кроме того, ими пользуют-
ся взамен сплавов ТК, когда их прочность в конкретных условиях
недостаточна. Сплавы ТТК — универсального применения, их ис-
пользуют главным образом для тяжелых работ с ударными нагрузка-
ми и для обработки труднообрабатываемых материалов
Помимо изменения размеров зерен карбидов, улучшение эксплуа-
тационных свойств твердых сплавов достигается покрытием пласти-
нок сплавов ВК тонким слоем (до 6 мкм) карбидов или нитридов
титана, что при сохранении высокой прочности обеспечивает значи-
тельное (до 3—4 раз) увеличение стойкости. Еще большее повыше-
ние стойкости отмечено при двухслойном покрытии пластин: 6 мкм
карбидов титана плюс 1 мкм окиси алюминия.

Более высокими режущими свойствами по сравнению с традицион-
ными обладают сплавы группы МС: МС101, МС121, МС146 и др.

Безвольфрамовые твердые сплавы ТМ-1, МНТ-2, МНТА-2,
КТН-16 и другие, изготовленные на основе карбидов и карбонитридов
титана, тантала, ниобия и карбонитридов этих элементов на никелево-
молибденовой связке. Наряду с экономией вольфрама обеспечивают
в 1,5—3 раза увеличение стойкости по сравнению со сплавами ТЗОК4
и Т15К6 при тонком и чистовом точении.

Твердыми сплавами оснащаются практически все инструменты,
но их доля в общем объеме производства металлорежущего инстру-
мента не превышает 30 %. Широкое применение твердых сплавов
сдерживается их повышенной хрупкостью. Предел прочности на из-
гиб в среднем в 2,5 раза, а ударная вязкость в 1,5—3 раза ниже, чем
у стали Р18. Поэтому надежность работы твердосплавных инстру-
ментов низкая, частые случаи поломок и выкрошивания пластин,
.особенно в условиях работы с большими и ударными нагрузками, а
также при малой жесткости технологической системы. Если учесть,
что высокая твердость и малая теплопроводность твердых сплавов
затрудняет шлифование и заточку из-за высокой трудоемкости и по-
явления трещин, то ясно, что твердые сплавы малоприюдны для
изготовления мелкопрофильного и мелкоразмерного инструмента. Со-
вершенствование твердых сплавов, методов изготовления инструмен-
юв, широкое использование алмазных кругов для шлифования и за-
точки позволит значительно расширить номенклатуру твердосплав-
ных инструментов, объем их применения и сравниться в этом отноше-
нии с резцами и фрезами, которые оснащаются твердыми сплавами
на 75 и 45 % соответственно.
1 >2.4. Минералокерамика

Минералокерамику получают путем прессования и спекания при
юмпературе 1720—1760 °С тонко измельченного порошка корунда (ис-
кусственной окиси алюминия А12(\) с окисью магния М§О (около I %)
Зерна корунда являются режущим компонентом, а окись магния —
связующим.

Отсутствие в составе минералокерамики дефицитных компонен-
юв, низкая стоимость (порошок электрокорунда в 125 раз дешевле,
чем порошок карбида вольфрама), высокая твердость (91—93 ИКА),
исключительно высокая теплостойкость (2000 °С) придают этому
материалу особую привлекательность. Однако пониженная прочность
на изгиб (в 3—4 раза ниже, чем у твердых сплавов), низкая ударная
вязкость (в 7—10 раз ниже, чем у твердых сплавов) и исключительно
низкая сопротивляемость циклическому изменению тепловой нагрузки
ограничивают область ее применения нолучистовым точением цвет-
ных и черных металлов с высокими скоростями резания в условиях
жесткой технологической системы.

Попытки повысить прочность оксидной минеральной керамики
привели к созданию керметов, содержащих, помимо окиси алюминия,
добавки молибдена, вольфрама, титана или сложных карбидов, бори-
дов или силицидов этих элементов. Добавки металлов в 1.5 раза
повышают прочность минералокерамики, но в 4—5 раз понижают ее
стойкость, а теплостойкость понижают до 1400 °С. Исключение состав-
ляют сравнительно новые марки ВЗ, ВОК-60, ВОК-63 карбидно-ок-
сидной керамики, однако они приблизительно в два раза дороже твер-
дого сплава. Новые марки нитридной керамики, например ВРК-20,
обладают стойкостью в два раза выше, чем карбидная ВОК-60

Для повышения вязкости керамики се лс!ируют 2гО,, а для повы-
шения прочности армируют монокристаллами в виде волокон 81С

Основным промышленным прсдстави1елем минеральной керамики
пока остается микролит ЦМ-332, который выпускается в виде плас-
тинок тех же форм и размеров, что и твердые сплавы

1.2.5. Сверх । вердые инструментальные материалы

Представителями сверхтвердых материалов являются естествен-
ные и искусственные алмаз, рубин, сапфир, а также не встречающий-
ся в природе кубический нитрид бора. Наиболее широкое применение
получили алмаз и кубический нитрид бора; рубин и сапфир исполь-
зуются редко и только для тонкого точения цветных металлов.

Алмаз, представляющий собой одну из модификаций углерода,
имеет высокую твердость — в три раза выше, чем карбид титана,
высокую теплопроводность, малую склонность к адгезии, но низкую
прочность, как микролит. Однородная и плотная структура алмаза
позволяет получить режущую кромку с небольшим радиусом округ-
ления, что обеспечивает работу с малыми сечениями среза. Алмаз-
ные лезвийные инструменты успешно используются при тонком точе-
нии цветных металлов. Для обработки черных металлов алмазы ма-
лопригодны из-за повышенной хрупкости и низкой стойкости, вызван-
ной растворением алмаза в железе при температурах выше 750 °С.
Кроме резцов, алмазами оснащают торцовые фрезы и сверла.

Кубический нитрид бора синтезируется из порошка нитрида
бора и в зависимости от особенностей способа получения и строения
кристаллической решетки называется боразоном, элъбором, кубони-
том, гексанитом, исмитом и т.д. На основе кубического нитрида
бора с добавками других составляющих (АЦО4, 8^1М4 и др.) получе-
ны композиты, превосходящие по своим свойствам основу.

Высокая твердость кубического нитрида бора (близка к твердости
алмаза), высокая теплое юйкость (1200—1500 °С), химическая инерг-
ность по отношению к углероду и железу позволили использовать его
для чистовой и тонкой обработки чугуна и стали с высокими скоростя-
ми. Инструменты, оснащенные этим материалом, незаменимы при
обработке закаленных сталей с твердостью до 64 НКСЭ. Их стойкость
в этом случае в десятки раз выше, чем твердосплавных инструментов,
а при обработке чугуна в 4—5 раз выше. В настоящее время кубичес-
ким нитридом бора оснащают резцы и торцовые фрезы.

С момента появления быстрорежущей стали (начало XX века) до
современных твердых сплавов (70-е годы XX века) производитель-
ность резания по данным шведской фирмы «Соготап!» выросла более
чем в 30 раз. Так, обработка валика из углеродистой стали диа-
метром Г00 мм и длиной 500 мм резцами из углеродистой стали
продолжалась 100 мин, резцами из быстрорежущей стали — 26 мин,
Раздел I. Обзор конструкций режущих инструментов
резцами из стеллита (литые твердые сплавы) — 15 мин, резцами из
современных твердых сплавов — 3 мин.

1.2.6. Материалы для корпусов инструментов

Материалы для корпусов должны обладать достаточной прочно-
стью и теплопроводностью, сохранять точность размеров и
формы после термообработки, хорошо обрабатываться и обес-
печивать прочное соединение с режущей частью после сварки,
наварки и напайки, а также быть дешевыми и не содержать
дефицитных элементов. Всем этим требованиям в полной мере
отвечают конструкционные углеродистые (марки 40, 45, 50) и качест-
венные стали 40Х, 45Х, 40ХН.

Углеродистые стали применяют для державок резцов, корпусов
сборных разверток, втулок, клиньев, винтов и других элементов сбор-
ных конструкций. Корпуса остальных составных и сборных инстру-
ментов, в том числе и ножи под нанайные пластины из твердых
сплавов, изготавливают из качественных сталей (в основном из стали
40Х), которые обладают повышенной прочностью и обеспечивают
меньшее коробление в процессе термической обработки.

Для тяжелых условий работы, особенно когда I ребус гея высокая
твердость и износостойкость, корпус делают из инструментальных
сталей У7А, У8А, 9ХС и даже быстрорежущей Например, у сверл с
напаянными пластинами твердого сплава корпус трется об обрабо-
танную поверхность детали со скоростью резания, поэтому его изго-
тавливают из стали 9ХС или даже быстрорежущей с последующей
закалкой на высокую твердость.

1.2.7. Абразивные материалы

Абразивные материалы используются для изютовления абразив-
ных инструментов (кругов, брусков и др.) и применяются в виде
зерен, которые являются режущими, а поэтому должны обладать
высокой твердостью, теплостойкостью и хорошо дробиться при за-
|уплении, чтобы образовывать новые острые кромки. Размеры зе-
рен — в пределах от 2000 до 1 мкм (2000—160 мкм — шлифзерно.
120—30 мкм — шлифпорошки; 28 мкм и менее — микропорошки)

Естественные абразивные материалы, наждак и корунд, состоящие
из окиси алюминия А1203, сильно засорены посторонними примесями,
Шагун ВИ Режущий инструмент
малопроизводительны и в настоящее время для изготовления про-
мышленных абразивных инструментов применяются редко.

Из искусственных абразивных материалов наиболее широко ис-
пользуются электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетичес-
кий алмаз и кубический нитрид бора (эльбор).

Электрокорунд представляет собой кристаллическую окись алю-
миния А12О3, является продуктом плавки бокситов и в зависимости от
содержания окиси алюминия (от 92 до 99 %) и способа изготовления
подразделяется на электрокорунд нормальный (16А...12А), электро-
корунд белый (25А...22А), электрокорунд хромистый (34А...32А), мо-
нокорунд (45А...43А), электрокорунд титанистый (37А). Наиболее вы-
сокой режущей способностью и прочностью зерен обладают электро-
корунд титанистый, хромистый и монокорунд, применяемые при на-
пряженных режимах шлифования.

Карбид кремния (81С), или карборунд, — результат спекания
кварцевого песка с углеродом, выпускается в виде карбида кремния
зеленого (64С...62С) с содержанием 81С не менее 98 % и в виде
карбида кремния черного (55С...52С) с содержанием 81С 95—97 %.
Карбид кремния зеленый более качественный, чем черный, и исполь-
зуется для заточки твердосплавных инструментов, а карбид кремния
черный — для шлифования материалов с низким пределом прочности
(чугуна, бронзы, латуни и др.).

Карбид бора (В4С) получают при плавке борной кислоты и нефтя-
ного кокса, по твердости приближается к алмазу и выпускается в
виде порошков и паст для доводки твердосплавного инструмента и
обработки твердых минералов, таких, как рубин, корунд, кварц.

Алмазы, в основном искусственные, нормальной, повышенной и
высокой прочности, являются самыми твердыми материалами и об-
ладают самой высокой режущей способностью. Поэтому их применя-
ют для высококачественной и производительной обработки твердых
сплавов, твердых минералов, цветных металлов и их сплавов.

Кубический нитрид бора по своим свойствам почти не уступает
алмазу, но используется для обработки черных металлов (железосо-
держащих), так как химически инертен к железу и углероду.
Копт рол ь н ые во н рос ы

1. Требования к режущему материалу и возможность их реализации
в одном материале.

2. Группы режущих материалов и целесообразные области их приме-
нения.

3. Что способствует повышению теплостойкости быстрорежущей
стали?

4. Влияние присадок вольфрама, молибдена, ванадия и кобальта на
свойства быстрорежущей стали.

5. Возможность использования сталей высокой производительности,
если культура термической обработки и заточки инструмента низ-
кая.

6. Достоинства высоколегированных безуглеродистых (дисперсионно
твердеющих) сплавов.

7. Группы металлокерамических твердых сплавов. Рекомендации по
их применению.

8. Химический состав стали Р12Ф2МЗК8 и фракционный состав
сплава Т15К6

9. Привлекательные свойства минералокерамики

10. Сверхтвердые режущие материалы и области их применения.

11. Способы улучшения эксплуатационных свойств быстрорежущих
сталей, металлокерамических твердых сплавов и минералокера-
мики.

12. Назовите режущие материалы наиболее высокой твердости и теп-
лостойкости.

13. Материалы для корпусов инструментов.

14. Абразивные материалы и рекомендации по их применению.

15. Что следует учитывать при выборе режущего материала для
инструмента конкретного назначения?

1Л РЕЗЦЫ

13.1. Назначение и типы резцов

Резцы являются наиболее распространенным видом режущих ин-
струментов. Они используются для черновой, чистовой и тонкой об-
работки плоскостей, а также наружных и внутренних цилиндрических

2 Зак 2522

3 2
и фасонных поверхностей на строгальных, долбежных, токарных, ре-
вольверных, карусельных и расточных станках, токарных автоматах
и полуавтоматах и станках специального назначения.

Резцы можно классифицировать по ряду признаков:

а) по типу станка, для которого они предназначены (токарные, стро-
гальные, долбежные, резцы для токарных автоматов и полуавто-
матов, резцы для специальных станков);

б) по характеру обработки (черновые, чистовые, резцы для тонкой
обработки);

в) по назначению, т.е. по характеру выполняемых ими технологичес-
ких операций (проходные, подрезные отрезные, расточные резьбо-
нарезные и др.);

г) по направлению подачи (правые и левые), различают по названию
руки (правой или левой), большой палец которой указывает направле-
ние подачи при положении руки на резце, как показано на рис. 1.9, а;

д) по характеру установки относительно обрабатываемой детали (ра-
диальные, рис. 1.9, е и тангенциальные, рис. 1.9, ж);

е) по форме и расположению головки резца (прямые, рис. 1.9, б;
отогнутые, рис. 1.9, в\ изогнутые, рис. 1.9, г; с оттянутой голов-
кой, рис. 1.9, б);

ж) по форме поперечного сечения стержня (державки, тела) резца
(прямоугольного, квадратного и круглого сечения);

з) по способу присоединения рабочей части (цельные — рабочая
часть (головка) выполнена вместе со стержнем целиком из режу-
щего материала; составные — с приваренной, напаянной или на-
клеенной пластиной режущего материала; сборные — режущая
часть в виде режущих пластин или вставных ножей крепится к
стержню механически);

и) по роду режущего материала (быстрорежущие, с пластинами твер-
дого сплава, минералокерамики, со вставками из алмаза, компози-
та, сапфира и других режущих материалов).

В подавляющем большинстве случаев резцы делают составными
или сборными. Конструкции, когда рабочая часть и стержень резца
выполнены целиком из режущего материала, применяются редко. Так
делают очень маленькие резцы из быстрорежущей стали и твердого
сплава, крепятся они в специальных державках.
г

Левый

отогнутые

Изогнутый вниз
(назад)

изогнутый вверх
вперед)

1.9 Классификация резцов по направлению подачи, форме головки,
форме стержня и по установке
Сборный резец сложнее по конструкции и дороже составного, но в
массовом и серийном производстве он экономичнее в связи с тем, что
корпус служит длительное время и затрагы на инструмент, отнесен-
ные к одной обработанной детали, меньше. Кроме того, конструкции
сборных резцов с механическим креплением режущих пластин обла-
дают таким преимуществом, как отсутствие внутренних напряжений,
возникающих при напайке из-за неодинаковой усадки материала кор-
пуса и пластины в процессе остывания. Эти напряжения снижают
износостойкость инструмента и приводят иногда к значительному
браку по трещинам во время напайки, заточки и эксплуатации резцов,
особенно оснащенных твердыми сплавами группы ТК.

Тем не менее наряду со сборными конструкциями широко ис-
пользуются и составные резцы, которые по сравнению со сборны-
ми имеют повышенную жесткость и виброустойчивость, чго осо-
бенно важно при выполнении обдирочных и отделочных работ;
кроме того, резцы малых размеров невозможно изготовить сбор-
ными. Использование термостойких клеев для приклеивания плас-
тин значительно повышает работоспособность составных резцов,
остаточные напряжения, свойственные напайке, практически от-
сутствуют (обработка клеевого соединения производится при низ-
ких температурах, не превышающих 200 °С), прослойка клея раз-
рывает цепь термоЭДС, возникающую при резании, что способ-
ствует повышению износостойкости резцов с наклеенными пласти-
нами. В результате стойкость резцов с наклеенными пластинами в
2—4 раза выше, чем с напаянными.

1.3.2. Токарные резцы

Общие сведения. Токарные резцы предназначены для обработ-
ки наружных и внутренних цилиндрических и фасонных поверхнос-
1 ей Классифицируются они по указанным признакам. Стержни рез-
цов изготавливаются из конструкционной стали, а головки оснащают-
ся наиболее выгодным для конкретных условий работы режущим
материалом.

Составные резцы. Основные типы составных твердосплавных
резцов общего назначения представлены на рис. 1.10.
Рис 110 Основные типы токарных резцов, л—проходной отогнутый,
б - проходной прямой, в — проходной упорный отогнутый, г — подрезной,
д — чйстовой широкий, е — расточной для сквозных отверстий;

ж — расточной для глухих отверстий, з — отрезной

Быстрорежущие составные резцы по конструкции аналогичны,
юлько режущие пластины по периметру очерчены прямыми линиями,
как на рис. 1.10, а, д, е, з, и не напаиваются, а обычно навариваются.
Быстрорежущие резцы сравнительно небольших размеров делают не
с наваренной пластиной, а с головкой, приваренной встык.

Составные резцы с минералокерамическими пластинами по
конструкции не отличаются от твердосплавных. Пластины в гнездах
с!ержней могут напаиваться — обычно после металлизации присое-
диняемых поверхностей пластины — или приклеиваться, что более
рационально.

Резцы сборных конструкций. Они характеризуются высокой
жономичностыо и разнообразием конструкций.

Для быстрорежущих резцов характерно механическое крепление
быстрорежущей вставки в корпусе резца (рис. 1.11) Быстрорежущая
вставка 1 отрезного резца крепится в «ласточкиного» типа пазу кор-
пуса 2 путем затяжки винта 3 (рис. 1.11, б). У тангенциального
проходного резца быстрорежущая вставка 1 в виде призмы крепится
в соответствующем пазу корпуса 2 (рис. 1.11, а).
Рис I 11 Быстрорежущие резцы сборной конструкции, а — тангенциаль-
ный; б — отрезной; в — схема отрезки детали 1 при скошенной кромке
отрезного резца

Сборные конструкции твердосплавных резцов исторически разви
вались следующим образом.
Механическое крепление стандартных перетачиваемых пла-
(тин твердого сплава положено в основу резца конструкции
ЦНИИТМАШ (рис. 1.12, а), где пластина 2 укладывается на сталь-
ную закаленную подкладку 1 и зажимается прихватом 4 при затяж-
ке винта 3. Клин 5 с рифлениями на опорной поверхности предотв-
ращает сдвиг пластины в работе и обеспечивает ее выдвижение
после переточек

Разновидностью подобной конструкции является резец ВНИИ с
креплением пластины 1 силами резания (рис. 1.12, б). Прихват 2 и
подпружиненный штифт 3 служат только для предварительного удер-
жания пластины /. Штифт 4 предохраняет пластину от сдвига вдоль
1лавной режущей кромки.

Приведенные конструкции хотя и повышают качество резцов из-за
устранения остаточных напряжений от напайки, однако обеспечивают
малое количество переточек, так как не доиспользуется значительная
часть пластины, необходимая для ее закрепления. Поэтому указанные
резцы не получили широкого применения. Более совершенной конст-
рукцией резцов такого типа являлись резцы ГАЗ с механическим
креплением чекой 2 и винтом 6 твердосплавной призмы / многогран-
ного или круглого сечения (рис. 1.12, в). В корпусе резца 3 прорублено
окно формы, соответствующей призме. Винт 5 с контргайкой 4 под-
держивает призму и используется для регулирования ее высоты. За-
ючка призмы производится по передней (торцовой) поверхности, при-
чем с каждого торца можно использовать в качестве главной режу-
щей кромки последовательно все грани призмы. Коэффициент исполь-
зования твердого сплава здесь намного выше, чем в предыдущих
конструкциях, поэтому резцы такого типа широко используются.

Механическое крепление вставок с напаянными пластинами
твердого сплава появилось как следствие стремления увеличить
количество переточек пластины. У резца конструкции ВНИИ, пред-
ставленного на рис. 1.13, клиновидный нож 2 с напаянной пластиной
механически крепится к корпусу 1 с помощью прихвата 3 и винта 4,
Такие резцы не получили широкого применения в среднем машино-
строении, так как они не устраняют дефектов напайки пластины.
Подобные конструкции, обладая высокой жесткостью, удобством
Рис 1 12, Резцы с механическим креплением пластин твердого сплава
и — крепление прихватом, б — крепление силами резания;

в — крепление чекой, г, д — крепление клином
Рис I 13, Резец с клиновидной вставкой

|ранспортировки, хранения и установки на станке (заменяется только
нож), широко используются в тяжелом машиностроении взамен круп-
ных составных конструкций с пластинами, напаянными на корпуса.

Механическое крепление многогранных неперетачиваемых
пластин (МНП) явилось дальнейшим развитием конструкций сбор-
ных твердосплавных резцов. Тонкая пластина 2 центральным отвер-
стием насаживается с зазором 0,10—0,15 мм на штифт 3, запрессо-
ванный в корпус 1 (рис. 1.12, г), и крепится клином 4, затягиваемым
винтом 5. После затупления одной грани пластина раскрепляется и
поворачивается на следующую грань. Таким образом, пластина ис-
пользуется столько раз, сколько режущих граней, после чего снимает-
ся и сдается на переработку как отход твердого сплава Пластины
выпускаются с разными задними углами, от 0 до 30° . Окончательный
задний угол резцов получают наклоном опорной плоскости гнезда под
пластину. В результате у пластин с задним углом, равным нулю, на
узкой ленточке (шириной 0,2—0,3 мм) вдоль режущих кромок перед-
ний угол отрицательный, равный заднему углу. У большинства нла-
стин с задними углами также предусматривается упрочняющая
фаска вдоль режущих кромок. Основной положительный передний
угол обеспечивается выкружками на передней поверхности, которые
получаются при прессовании пластин перед спеканием. Пластины
делают с разным числом граней для получения разных углов резца
в плане (рис. 1.12, д), а также круглые — для оснащения чистовых
резцов. Пластины могут крепиться и другими способами, в частно-
сти, эксцентричным штифтом, прижимающим пластину к стенке кор-
пуса. Более подробно способы крепления многогранных
неперетачиваемых пластин будут рассмотрены в дальнейшем.

У многогранных неперетачиваемых пластин без центрального от-
верстия и выкружек на передней поверхности обе плоскости (передняя
и опорная) одинаковы. Крепятся они на державках прихватами. Количе-
ство используемых режущих кромок по сравнению с пластинами, име-
ющими выкружки, увеличивается вдвое. Однако резцы с такими пла-
стинами требуют более высокой точности изготовления.

Резцы с неперетачиваемыми пластинами имеют по сравнению с
напайными следующие преимущества:

а) затраты на твердосплавные пластины уменьшаются в два раза;

б) затраты, связанные с изготовлением корпусов, уменьшаются в
девять раз;

в) суммарные затраты на инструмент, отнесенные к одной обрабо-
танной детали, уменьшаются в пять раз.

Кроме того, резцы позволяют.

а) повысить производительность труда за счет сокращения потерь
времени на замену и настройку при переточках;

б) упростить организацию хранения, транспортировки и т.д., так как
корпуса служат длительное время и потребность в них значительно
меньше;

в) упростить сбор отходов твердого сплава.

В связи с этим резцы с механическим креплением неперетачива-
емых пластин являются наиболее прогрессивными. Единственный их
недостаток по сравнению напайными — пониженная жесткость и
невозможность изготовления малых размеров.
Резцы сборных конструкций с минералокерамическими пластина-
ми выполняются только с механическим креплением пластин, анало-
гично креплению пластин твердого сплава.

Резцы, оснащенные алмазами и другими твердыми минерала-
ми, — всегда сборной конструкции. Алмазы, например, во многих
случаях припаивают или зачеканивают в стержнях небольших раз-
меров, которые затем механически крепятся в корпусах резцов.
Запаивают или запрессовывают в гнездах и кристаллы композитов.
Кроме указанных, есть конструкции, когда алмазы или поликристал-
лы композитов крепятся механически непосредственно в корпусах
резцов (рис. 1.14). Установленный в корпусе / на сферической пяте
2 алмаз 3 зажимается прихватом 4 при затяжке винта 5. Головка
винта пломбируется. Механическое крепление алмаза предпочти-
тельнее, так как исключаются дефекты, присущие припайке, пагубно
влияющие на работоспособность резца. Для оснащения резцов ис-
пользуют кристаллы весом 0,5—1,2 кар (1 карат = 0.2 г).

Рис 1 14, Резец с механическим креплением алмаза

Державочныс резцы. Такие резцы принципиально ничем не отли-
чаются от токарных резцов общего назначения, только размеры их
значительно меньше* сечение стержня — от 6x6 до 16x16 мм,
длина — от 20 до 80 мм, сечение имеет квадратную или круглую
форму Твердосплавные резцы — обычно с напаянной пластиной твер-
дого сплава, а быстрорежущие — целиком из быстрорежущей стали
или с головкой из быстрорежущей стали, приваренной встык к стер-
жню из конструкционной стали. Крепятся такие резцы в специальных
корпусах — державках и используются в инструментальных наладках
револьверных станков, токарных автоматов или полуавтоматов, а
также для оснащения борштанг (рис. 1.15) и расточных головок (рис
1.16) к расточным станкам Такие резцы в специальных державках
часто применяются для растачивания отверстий на универсальных
токарных станках, так как стандартные расточные резцы обладают
малой жесткостью

Рис 1 15 Крепление держа-
вочных резцов в борштангах к
расточным станкам

Рис. 1 16

Расточная головка

Более прогрессивные конструкции расточных головок оснащаются
многогранными неперетачиваемыми пластинами твердого сплава, за-
крепляемыми непосредственно на корпусе головки либо в закрепляе-
мых на корпусе резцовых вставках (рис. 1.17).
Рис I 17 Расточная головка (а) и резцы-вставки б—удлиненная регулируе-
мая; в — нерегулируемая, г — короткая регулируемая

Полуавтоматпые и автоматно-револьверные резцы. На то-
карных автоматах и полуавтоматах одновременно устанавливается
много резцов, а место для их размещения ограничено. Поэтому ис-
пользуются державочные резцы общего назначения, но с квадратным
сечением стержня до 25x25 мм, а также тангенциальные резцы
(см. рис. 1 9, .ж). Тангенциальные резцы особенно выгодны При тех
же нафузках сечение стержня может быть меньшим, чем у радиаль-
ных резцов, так как главная составляющая силы резания Р7 направ-
лена вдоль стержня и резец работаем не на изгиб, а на сжатие.

Резцы в державках могут устанавливаться под разными углами к
оси детали, поэтому углы в плане в инструментальной системе коор-
динат отличаются от оптимальных рабочих на угол установки.

Часто резцы работают с поперечным врезанием, и для уменьше-
ния радиальных сил угол при вершине резца нс превышает 90°, а
вспомогательный угол в плане при этом достигает 35—45°.

На отрезных резцах для токарных автоматов режущую кромку
делают скошенной (ф<90°, см. рис 1.11, в), чтобы на отрезанной
детали / при ее отламывании, когда перемычка станет очень малой,
не оставалось бобышки Бобышка на торце прутка 2 срезается при
дальнейшем движении резца, когда деталь уже отрезана Часто ис-
пользуют сборные отрезные резцы (см. рис. 1.11, б).
Фасонные резцы. Фасонные резцы применяются для обработки
наружных и внутренних фасонных поверхностей вращения на станках
токарной группы. По сравнению с обработкой универсальными резца-
ми они обеспечивают более высокую производительность и точность
формы детали при низкой квалификации рабочего.

Фасонные резцы подразделяются по форме на призматические
(рис. 1.18, а), круглые (рис. 1.18, б) и стержневые (рис. 1.18, в), а по
принципу работы — на радиальные, у которых подача направлена по
радиусу детали (рис. 1 18, а—в\ и тангенциальные, у которых пода-
ча направлена по касательной к окружности детали (рис. 1.18, г).
Фасонной поверхностью у таких резцов является задняя, а передняя
поверхность — плоскость, по которой производят переточку резцов
Задний угол резцов, кроме стержневых, обеспечивается за счет уста-
новки резца, а передний — путем заточки (см. рис. 1.18). Крепятся
резцы в специальных державках: призматические и тангенциальные
за «ласточкин хвост» /, а круглые отверстием 2 насаживаются на
оправку и от проворота предохраняются рифлениями 3, стержневые
резцы закрепляются так же, как и токарные резцы общего назначе-
ния.

Наибольшее распространение получили круглые фасонные резцы,
гак как они проще в изготовлении и обеспечивают большее количе-
ство переточек при тех же габаритах, что и призматические. Кроме
юго, круглыми резцами можно обрабатывать внутренние фасонные
поверхности, при этом диаметр резца принимается равным 0,4—0,5
диаметра отверстия.

Призматические резцы в сборе с державкой жестче, что позволяет
работать с большими подачами или вести обработку более длинных
профилей. Точность обработки призматическими резцами выше, чем
круглыми.

Наибольшая точность формы достигается тангенциальными фа-
сонными резцами, так как диаметральные размеры детали зависят от
точности установки резца относительно центра детали, тогда как при
работе радиальными резцами — от своевременного отключения пода-
чи. Кроме того, режущая кромка тп резца скошена под углом (р.
Длина одновременно режущей кромки небольшая, меньше силы реза-
Рис, 1,18 Типы фасонных резцов а — призматический, б — круглый;
в — стержневой, г— тангенциальный

ния, что позволяет вести безвибрационную обработку более длинных
профилей. Однако производительность обработки тангенциальными
резцами ниже, чем радиальными Длина пути резания радиальными
резцами приблизительно равна глубине профиля детали, а при работе
тангенциальными она составляет перемещение резца от соприкосно-
вения точки т с заготовкой до прохода точки п через вертикальную
ось детали, те. когда точка п окажется на месте т (рисЛ Л 8, г).
Дополнительным недостатком тангенциальных фасонных резцов явля-
ется сильное изменение передних и задних углов в процессе работы:

намного больше ан=а, а у( намного меньше уп=у, где I —
положение резца в начале работы точки т режущей кромки, а II —
положение резца при выходе точки т из работы.

В направлении подачи передний и задний углы радиальных фасонных
резцов тоже переменны, но в меньшей степени и зависят от расстояния
точки режущей кромки резца до центра детали (рис. 1.18, а, б)
В нормальной секущей плоскости АМ/ передний и задний углы изме-
няются дополнительно из-за изменения угла в плане ф, угла между
направлением подачи и касательной к проекции режущей кромки рез-
ца на основную плоскость. Приблизительное значение заднего нор-
мального угла для любой точки режущей кромки резца можно вычис-
лить по формуле

=0г/ЛЭ*Ва8тф , (1.15)

где К — радиус круглого фасонного резца или расстояние вершины
призматического резца до базы крепления; — расстояние рассмат-
риваемой тонких режущей кромки до центра резца или базы крепления
соответственно; а — задний угол при вершине резца (рис. 1 18, а, б).

Если ф мал, то может быть меньше допустимой величины,
равной 2—3° (см формулу (1 15)). В таких случаях прибегают к
повороту резца в других плоскостях.

Глубина профиля любой фасонной поверхности задается в нормаль-
ном направлении. Для детали — это отрезок аЬ (см. рис. 1.18), а для
резца — сс1. Несоответствие глубины профиля резца глубине профиля
детали, как видно из рис. 1.18, вызвано наличием у резца переднего у
и заднего а углов. Поэтому профиль фасонного резца определяют
специальными коррекционными расчетами, целью которых является
получение координат точек профиля резца. Расчеты можно выполнить
вручную, решая эту задачу как геометрическую, или на ЭВМ.

1.3.3, Строгальные и долбежные резцы

Строгальные резцы используются на строгальных станках для
обработки плоскостей и фасонных поверхностей. Главным рабочим
Раздел I Обзор конструкций режущих инструментов
движением является прямолинейное перемещение резца на попереч-
но-строгальных станках или заготовки на продольно-строгальных
Резание происходит только во время рабочею хода.

В конце обратного (холостою) хода, скорость которого несколько
больше скорости рабочего хода, происходит движение подачи, т.е.
перемещение резца или заготовки, необходимое для снятия следую-
щего слоя металла. Таким образом, в отличие от точения процесс
резания происходит с перерывами. Работа резца сопровождается цик-
лическим изменением тепловой и силовой нагрузки с резким измене-
нием ее на входе и выходе резца из работы. Это требует повышенной
жесткости и прочности резца, а также выбора таких геометрических
параметров резца, которые обеспечивали бы упрочнение его режущих
кромок.

Характерной особенностью строгальных резцов является изогну-
тая ось стержня (рис. 1.19, 5). В результате этого вершина резца
лежит в опорной плоскости и во время изгиба резца под действием
сил резания отходит от обработанной поверхности, перемещаясь по
дуге радиусом /?. В случае прямого стержня (рис. 1.19, а) радиус К
больше вылета / резца, и при изгибе вершина резца внедряется в
обработанную поверхность, повреждая ее. Вершина твердосплавного
резца может при этом сколоться. Тем не менее прямые резцы иногда
применяются, если изогнутый стержень не позволяет обработать
плоскость до вертикального уступа.

Вид стро!альных резцов в плане такой же, как и у токарных Они
так же, как и токарные, подразделяются по характеру технологичес-
кой операции, режущему материалу и конструкции, имеют такие же
геометрические параметры.

Долбежные резцы применяются на долбежных станках для об-
работки плоскостей, поверхностей вращения, пазов, канавок различной
конфигурации. Работают, как и строгальные, с прямолинейным рабо-
чим движением, но только в вертикальной плоскости (рис. 1.20, б).
Поэтому передней поверхностью является торцовая поверхность рез-
ца. Выполняются только составными. На рис 1.21 приведены некото-
рые тины долбежных резцов.
Рис. 119. Работа
строгальных резцов с
прямым и изогнутым
стержнем

Рис 1.20.

Схемы резания:
а — при строгании,
б — при долблении

Рис. 1 21.

Долбежные резцы:
а — проходной двусто
ронний;

б — прорезной
Контрольные вопросы

I Назначение и классификация резцов.

2 Сравнительные преимущества и недостатки резцов цельных, со-
ставных и сборных конструкций. Рациональные области их приме-
нения.

3. Разновидности конструкций фасонных резцов. Их преимущества и
недостатки.

4. Особенности конструкции строгальных и долбежных резцов. Чем
они вызваны?

1.4. СВЕРЛА

1.4.1 . Назначение, элементы конструкции
и геометрические параметры спирального сверла

Сверла предназначены для получения отверстий в сплошном мате-
риале, для рассверливания на больший размер уже имеющихся отвер-
стий, а также для засверливания конусных углублений в сплошном
материале. Сверлением обеспечивается 12 ..11-й квалитет точности и
шероховатость обработанной поверхности с К =80...20 мкм.

Наибольшее распространение в промышленности получили спи-
ральные сверла из быстрорежущей стали с цилиндрическим хвосто-
виком (диаметры от 0,1 до 20 мм) и коническим хвостовиком (диа-
метры от 6 до 80 мм). Основные размеры сверл, такие, как диаметр
сверла, длина рабочей части, размеры хвостовика, а также парамет-
ры точности, стандартизированы. Спиральное сверло состоит из ра-
бочей части Ц (рис. 1.22), шейки хвостовика /4 с лапкой 15 на
конце. Непосредственно работу резания выполняет режущая часть /..
Остальной участок рабочей части служит для вывода с<ружки,
направления сверла в работе и резервом для переточек сверла. По-
этому часть /\ получила название направлякпцей части, иногда ее
называют калибрующей.

Хвостовик /4 служит для закрепления сверла непосредственно в
коническом гнезде шпинделя станка или в гнезде переходной втулки.
Цилиндрические хвостовики закрепляются в специальных цанговых
или трехкулачковых самоцентрирующихся патронах Момент резания
передается силами трения, возникающими на поверхностях хвосчови-
ка. Лапка /5 предназначена для выбивания сверла из гнезда шпинделя
панка или переходной втулки, а шейка 13 — для выхода шлифоваль-
ного круга при шлифовании хвостовика и рабочей части.

Рабочая часть сверла состоит из двух перьев (зубьев) 4, двух
винтовых канавок 2 и сердцевины 7, диаметр которой с!с в сторону

Рис. 1 22 Элементы

конструкции спирального
сверла

хвостовика несколько увеличивается для
повышения прочности и жесткости сверла.

Каждое перо сверла представляет собой
режущий клин и имеет переднюю поверх-
ность 9, заднюю главную поверхность 8 и
заднюю вспомогательную поверхность 5,
которая является частью наружной цилинд-
рической поверхности сверла, оставшейся
после образования спинки 7, и называется
кругло шлиф осанной ленточкой. Спинка
пера 7 также имеет цилиндрическую форму
но ее диаметр меньше диаметра сверла 2).
Занижение спинки необходимо для умень-
шения трения при направлении сверла ци-
линдрической поверхностью 2) по уже обра-
ботанной части отверстия. В результате
роль направляющей поверхности выполняет
узкая круглошлифованная ленточка 5.

В соответствии с рабочими поверхностя-
ми у сверла различают две главные режу-
щие кромки 3, две вспомогательные режу-
щие кромки 10 и поперечную режущую
кромку 6 на стыке двух задних поверхнос-
тей 8.

В статической системе координат основ-
ной плоскостью является осевая плоскость
сверла, проходящая через рассматриваемую
точку главной режущей кромки, так как она

перпендикулярна к вектору скорости реза-
ния в этой точке. Плоскостью резания явля-
с гея плоскость, перпендикулярная к основной и проходящая через
пгавную режущую кромку. Поэтому углы заточки сверла рассматри-
ваются и определяются так же, как и у резца, который пунктиром
наложен на сверло с совмещением рабочих поверхностей, главных и
вспомогательных режущих кромок (рис. 1.23).

Рис. 1 23 Геометрические параметры спирального сверла

Как и у резца, у каждого пера сверла различают главный ф и
вспомогательный ф, углы в плане, угол наклона главной режущей
кромки X, но измеренный в проекции на плоскость, перпендикулярную
оси сверла, передний угол у и задний угол в нормальной секущей
плоскости. Удвоенное значение угла в плане, угол 2ф, называют углом
при вершине сверла.

Особенности конструкции и условий работы сверла вносят некото-
рые отличия в геометрию его режущей части по сравнению с резцом.
В связи с наличием поперечной кромки дополнительно появляется угол
ц/ положения этой кромки, зависящий от значений задних углов а
также задний ал и сильно отрицательный передний ул углы поперечной
режущей кромки (см. рис. 1.23). Задний вспомогательный угол а1
равен нулю, так как задняя вспомогательная поверхность — часть
цилиндра диаметром Р. Угол фр предназначенный для уменьшения
। рения об обработанную поверхность, очень малый (1—2') и образует-
ся за счет обратной конусности рабочей части, т.е. за счет небольшого
уменьшения диаметра сверла в сторону хвостовика. Главный задний
угол а задается в плоскости 0-0 (см. рис. 1.23), параллельной оси и
перпендикулярной к основной плоскости. Для резца он является попе-
речным задним углом. Поперечный передний угол резца является уг-
лом наклона со винтовой стружечной канавки сверла.

Передний и задний углы не постоянны вдоль главной режущей кром-
ки. от периферии к цен гру сверла передний угол уменьшается, а задний
увеличивается. Указанный характер изменения заднего угла ах обеспе-
чивается формой заточки задних поверхностей, а переднего — обус-
ловливается способом изготовления винтовой стружечной канавки
сверла. При постоянном шаге канавки угол ее наклона со, являющий-
ся продольным передним углом сверла, при приближении к центру
сверла уменьшается. В процессе работы интенсивность изменения
рабочих углов несколько меньше, чем статических, так как
аЛ (см. рис. 1 23), у/; = уЛ+рЛ, а цх=агс1ё(57/л/)х) при

приближении к оси сверла растет (см. рис. 1.23). Но тем не менее
кинематические, или рабочие, углы сверла не постоянны вдоль режу-
щей кромки, а поэтому не оптимальны, что является большим недо-
статком геометрии сверла.

Характер изменения статического переднего угла определяется
формулой.
Ш Т* = (Д/С>) ® 8Шф, (116)

а заднего —

1§ах=(П/Рг)1§а, (1.17)

1де Р — диаметр сверла; Ох — диаметр, на котором расположена
рассматриваемая точка режущей кромки.

Пересчет заднего угла из одной секущей плоскости в другую
производится по формуле:

= ( 2ЭЛО*) а 81П(р. (1.18)

1.4.2 Особенности конструкций сверл
разного назначения

Сверла, оснащенные твердым сплавом. Для повышения скоро-
сти резания сверла оснащают твердыми сплавами. Существуют раз-
ные конструкции твердосплавных сверл: монолитные твердосплавные
сверла, сверла с припаянными твердосплавными коронками, сверла с
напаянными пластинами твердого сплава с прямыми, косыми и вин-
товыми стружечными канавками и сверла с механическим креплени-
ем многогранных неперетачиваемых пластин

Только монолитные твердосплавные сверла и сверла с твердо-
сплавными коронками (рис. 1.24, а) по конструкции похожи на спи-
ральные быстрорежущие сверла. Остальные конструкции имеют ряд
особенностей. Угол наклона стружечной канавки по пластине твердо-
го сплава меньше, чем по корпусу, у всех сверл, за исключением
сверл с прямыми и косыми канавками (рис. 1.24, б, в) Это вызвано
невозможностью получения большого со по пластине, так как пласти-
на тонкая и врезается в корпус по оси сверла. При больших со плас-
тина перережется.

Прочность твердого сплава низкая, поэтому конструкция должна
бьпь более жесткой: у твердосплавных сверл по сравнению с быст-
рорежущими меньше объем канавки, больше диамезр сердцевины
корпуса, меньше длина рабочей части, а для сверл специального
назначения длина рабочей части равна глубине сверления плюс два
диаметра сверла.
Рис / 24 Твердосплавные сверла: а — с напайкой твердосплавной коронкой
б, в — с напайными пластинами твердого сплава; г — с механическим
креплением многогранных неперетачиваемых пластин
Наибольшее распространение получили сверла с винтовыми стру-
жечными канавками, они лучше отводят стружку и обеспечивают боль-
шую глубину сверления, особенно сверла с со=60° (см. рис. 1.24, в)

Твердосплавные сверла хорошо зарекомендовали себя при обработ-
ке чугуна и других хрупких материалов. При сверлении стали работа
сверл неустойчива, из-за повышенной хрупкости твердого сплава при
недостаточной жесткости корпусов сверла часто ломаются. Их исполь-
зование в этом случае оправдано лишь тогда, когда быстрорежущими
сверлами вообще нельзя обработать отверстие, т.е. при сверлении
отверстий в деталях повышенной твердости, например закаленных.

При скоростном сверлении чугуна, стали и других материалов
хорошо зарекомендовали себя сверла с твердосплавными многогран-
ными неперетачиваемыми пластинами. Жесткость корпусов таких
сверл высокая (рис. 1.24, ?)

Сверла для глубокого сверления. Стандартные спиральные
сверла с со=30° применяются для сверления 01верстий глубиной до
пяти диаметров, при большей глубине сверления они плохо выводят
стружку. Если канавка переполняется стружкой, то ухудшаются обра-
ботанная поверхность и доступ СОЖ в зону резания, резко понижает-
ся стойкость сверла Одновременно растет крутящий момент, кото-
рый может вызвать поломку сверла. Периодические выводы сверла
для очистки от стружки резко снижают производительность труда, не
устраняя при этом недостатков работы. Поэтому для сверления глу-
боких отверстий используют специальные конструкции сверл

При сверлении отверстий небольшою диаметра и невысокой точ-
ности хорошо зарекомендовали себя сверла с крутой винтовой спи-
ралью (<0=60°, рис. 1.25, в), сверла с внутренним подводом СОЖ из
полости патрона или шпинделя станка по каналам в теле сверла
(рис. 1.25, а) или по трубкам, впаянным в спинки перьев (рис. 1.25, б)
Остальные параметры конструкции сверл с внутренним подводом
СОЖ не отличаются от стандартных, только стоимость их значитель-
но больше. Однако при сверлении глубоких отверстий эти сверла
экономичнее, так как работают без периодических выводов и имеют
стойкость в десятки раз большую, чем стандартные.

Сверла с крутой винтовой спиралью отличаются от стандартных
формой канавки и дополнительной заточкой передней поверхности для
образования необходимой величины передних углов (см. рис. 1.25, я)
Эти сверла хорошо выводят стружку, работают без выводов, обес-
печивая нормальную стойкость даже при подводе СОЖ поливом.

Рис I 25. Спиральные сверла для глубокого сверления: а, б — сверла с
внутренним подводом СОЖ, соответственно по каналам в теле сверла и по
трубкам, впаянным в спинки; в — шнековое

Для сверления сквозных отверстий диаметром более 70 мм выпус-
каются сверла для кольцевого сверления (рис, 1.26, а) Корпус тако-
го сверла представляет собой трубу 4, в торце которой установлены
ножи 1 с. параметрами прорезного резца, вырезающие в сплошном
материале кольцевую канавку, оставляя центральный стержень 2, ко-
юрый можно использовать как заготовку для других деталей. Ножи
могут быть быстрорежущими или твердосплавными, с напаянными,
приклеенными и механически закрепляемыми пластинами. По сравне-
нию со сплошным сверлением уменьшаются мощность и работа ре-
зания. Для направления сверла в работе на корпусе 4 закрепляют
накладки 3. Сверло крепится в специальном патроне, из которого
СОЖ по центральному отверстию корпуса подается под давлением в
зону резания и выходит вместе со стружкой по зазору между стенкой
отверстия и наружной поверхностью корпуса сверла.

Для сверления отверстий повышенной точное!и с малым уводом
оси используют ружейные (рис. 1.26, б) и пушечные (рис. 1 26, в)
сверла Это сверла одностороннего резания с одной угловой кромкой
а+Ъ (см. рис. 1.26, б) или с одной прямой режущей кромкой 7,
расположенной выше поперечной оси на 0,2—0,5 мм и дальше про-
дольной оси на 0,5—0,8 мм (см. рис. 1.26, в) В процессе работы силы
резания поджимают сверла цилиндрическими спинками 3 к обрабо-
танной части отверстия, в результате чего создается хорошее направ-
ление. На круглошлифованных ленточках шириной /=0,5 мм вдоль
вспомогательной режущей кромки 6, параллельной оси сверла, трение
минимальное. Вспомогательная кромка зачищает и калибрует отвер-
стие, а ленточка позволяет длительное время сохранять неизменнным
диаметр сверла. Канал 4 у ружейного сверла (см. рис. 1.26, б) служит
для подвода СОЖ, которая охлаждает зону резания и вымывает
стружку по каналу 5. Рабочая часть 1 ружейного и пушечного сверла
делается из быстрорежущей стали или оснащается твердым сплавом,
а стебель (хвостовик) 2 — из конструкционной стали. Остальные
особенности конструкции сверл показаны на рисунках.

Кроме однокромочных сверл, для сверления точных глубоких от-
верстий применяют более производительные специальные многокро-
мочные сверла, например, эжекторные (рис. 1.26, г), особенностью
работы которых, как и всех сверл для обработки точных глубоких
отверстий, является вращение заготовки при невращающемся сверле
или вращение заготовки и сверла. Эжекторные сверла обычно осна-
щают твердосплавными пластинами, расположенными в шахматном
порядке от пера к перу. СОЖ под давлением подается между стен-
ками наружной / и внутренней 2 труб, образующих хвостовик
(см. рис. 1.26, г), омывает зону резания и вместе со стружкой попа-
дает в широкий центральный канал, а по трубе 2 выводится.
го "СО

Рис, I 26, Специальные сверла для глубокого сверления.

а — для кольцевого сверления, б — ружейное; в — пушечное; г — эжекторн
Контрольные вопросы

I. Назначение, технологические возможности и элементы конструк-
ции спирального сверла.

2. Изменение геометрических параметров спирального сверла вдоль
режущих кромок.

3. Особенности конструкции твердосплавных сверл, сверл для глубо-
кого и кольцевого сверления

1.5. ЗЕНКЕРЫ И РАЗВЕРТКИ

1.5.1. Назначение, элементы конструкции

и геометрические параметры зенкеров и разверз ок

Зенкеры предназначены для обработки:

а) цилиндрических или конических отверстий, предварительно про-
сверленных, прошитых или отлитых (рис. 1.27, а);

б) цилиндрических углублений, например, под юловки винтов (рис. 1.27, б),
в) конических углублений для центровых гнезд, гнезд под головки
винтов, фасок (рис. 1.27, в);

г) плоских и фасонных торцовых поверхностей (рис. 1.27, г).

а б \ в г

Рис 1,27. Зенкеры различного назначения: а — для растачивания цилинд-
рических отверстий; б — для обработки цилиндрических углублений под
головки винтов; в — для зенкерования конических углублений;

г — для обработки торцовых поверхностей
Зенкеры для получения конических углублений часто называю!
зенковками, а .для обработки торцовых поверхностей — цековками.
Точность обработки зенкерами цилиндрических отверстий находится
в пределах 11...9-го квалитетов, а шероховатость обработанной
поверхности достигает Ка=2,0 мкм.

Развертками выполняется окончательная (чистовая) обработка

предварительно просверленных и расточенных резцом или зенкером
цилиндрических и конических отверстий с точностью до 7-го квалитета
и с шероховатостью обработанных поверхностей до Ла=0,60 мкм.

Элементы конструкции хвостового зенкера для обработки цилинд-
рических отверстий показаны на рис. 1.28. Такие же элементы конст-
рукции имеет развертка. Однако конструктивное оформление рабочей
и хвостовой частей развертки несколько отличается от оформления
этих частей зенкера. Для увеличения объема стружечных канавок у
зенкера для цилиндрических отверстий более четырех зубьев не бы-
вает, чаще всего три зуба, а некоторые специальные конструкции
имеют два зуба. У развертки минимальное число зубьев — шесть, и
по мере увеличения диаметра число зубьев увеличивается до четыр-

надцати и более. Число зубьев
развертки четное, зубья диамет-
рально противоположны, что
дает возможность измерить диа-
метр развертки универсальными
измерительными инструмента-
ми. Формы зубьев и стружечных
канавок развертки и зенкера так-
же отличаются (рис. 1.29). Стру-
жечные канавки зенкера винто-
вые, а у развертки, кроме специ-
альных, прямые. Впереди режу-
щей части развертки дополни-
тельно имеется направляющий
конус с углом при вершине 90°
(рис. 1.30, б), который служит

Рис. 1.28 Элементы конструкции
цилиндрического зенкера:
1 — сердцевина, 2 — задняя поверх-
ность, 3 — ленточка; 4 — передняя
поверхность; 5 — вспомогательная
режущая кромка, 6 — главная
режущая кромка
,гтя облегчения ввода развертки в работу и предохранения ее зубьев

о г поломки в случае повышенного припуска.

Режущая часть зенкера и раз-
вертки, которую часто называют
заборным конусом или заборной
частью, выполняет основную ра-
боту резания — удаляет припуск.
Направляющая часть служит для
направления инструмента по об-
работанной части отверстия и
имеет для этого круглошлифован-
ные ленточки /(рис. 1.29 и 1.30).
Она производит также оконча-
юльную подчистку отверстия и
обеспечивает ему требуемый раз-
мер, поэтому ее называют еще
калибрующей частью.

Рис 129. Форма стружечных
канавок а — зенкеры, б — развертки

Рис 1 30. Геометрические параметры а — зенкера; б — развертки
При обработке точно расположенных отверстий зенкеры и разверт-
ки снабжают специальной гладкой цилиндрической направляющей
частью, которая размещена между хвостовиком и рабочей частью
или впереди рабочей части инструмента и предназначена для на-
правления по кондукторной втулке приспособления или обрабатыва-
емому отверстию (см. рис. 1.27, б, г и рис. 1.33, а).

Хвостовики зенкеров и разверток так же, как и у сверл, служат для
закрепления инструмента на станке. Они могут быть коническими с
лапкой на конце для выбивки из гнезда шпинделя станка или цилинд-
рическими.

Цилиндрический хвостовик разверток часто заканчивается квад-
ратом, который передает крутящий момент со станка или воротка
(при ручном развертывании отверстий) на рабочую часть развертки.

Зуб зенкера и развертки представляет собой резец, определенным
образом сориентированный относительно корпуса (см. рис. 1.30). Этот
резец на рисунке совмещен с зубом зенкера и развертки главной
режущей кромкой ВС, вспомогательной Сй, передней и задними
поверхностями. Поэтому геометрические параметры зенкера и раз-
вертки такие же, как и у резца: главный угол в плане ф, вспомогатель-
ный угол в плане фр образуемый обратной конусностью (уменьшени-
ем диаметра зенкера и развертки в сторону хвостовика), передний у
и задний а углы в нормальном сечении ЛЧУ, угол наклона главной
режущей кромки X (у развертки с прямыми канавками чаще всего
у=0, у юл X тоже пуль), угол наклона вспомогательной режущей кром-
ки, который у зенкера и развертки называют углом наклона стру-
жечной канавки со.

В связи с тем, что процессы сверления и зенкерования похожи,
главный задний угол зенкера иногда задают, как и у сверла, в секущей
плоскости, параллельной оси. Назначение геометрических параметров
зенкера и развертки такое же, как и у резца. От параметров резца
отличаются незначительной величиной ф1 (несколько минут) и нуле-
вым значением заднего вспомогательного угла аг Эта особенность
конструкции связана с необходимостью хорошего направления зенке-
ра и развертки по отверстию и желанием длительного сохранения
диаметра зенкеров и разверток при их переточках по задним поверх-
ностям заборной части.
Указанные параметры зенкера м развертки рассмотрены в стати-
ческой системе координат, где в соответствии с ранее приведенны-
ми определениями основной плоскостью является осевая плоскость
инструмента, проходящая через вершину С режущего элемента. На
рис. 1.30 — это плоскость чертежа, так как вершина С с ней совме-
щена. Плоскость резания перпендикулярна к ней и касательна к режу-
щей кромке в вершине С. Ее след на основной плоскости — ВС,
В соответствии с этим (как и у резца) формулируются определения
геометрических параметров (углов заточки) зенкера и развертки.

1.5.2. Разновидности конструкций зенкеров и разверток

Зенкеры и развертки подразделяются на группы:

а) по форме обрабатываемой поверхности, цилиндрические
(см. рис. 1 27, а, 1.30), конические (см. рис. 1.27, в, 1.31) и торцо-
вые (только зенкеры, см. рис. 1.27, г);

б) по способу крепления на станке: хвостовые (диаметром до 32 мм,
рис. 1.28, 1.33; 1.34, б) и насадные (диаметром более 25 мм,
рис 1.32, 1.34, а, в, г);

в) по конструкции рабочей части: цельные (рис. 1.28, 1.32, а, б) и
сборные (рис. 1.32, в, 1.33, б);

г) по способу обеспечения размеров, с постоянным размером
(рис. 1.28; 1.32, а, б) и регулируемые (рис. 1.33);

д) по роду режущего материала: быстрорежущие (рис. 1.28, 1 30,
1.31; 1.32, а, б\ 1.33) и твердосплавные (рис. 1.32, в, 1 34),

е) по способу применения (подразделяются только развертки): ма-
шинные и ручные.

Конические зенкеры и развертки отличаются от цилиндрических
тем, что зубья у них расположены на конусе, угол которого равен у»лу
конуса обработанной поверхности. Главные режущие кромки — вдоль
всего зуба, вспомогательных режущих кромок нет (см. рис. 1.27, в, 1.31).
Зубья конических зенкеров заточены до остра с положительным зад-
ним углом. У разверток с целью обеспечения высокой точности раз-
мера и формы конического отверстия вдоль режущих кромок остав-
лены круглошлифованные ленточки с задним углом на них, равным
нулю. Однако для повышения режущей способности кромок ширина
круглошлифованных ленточек намного меньше, чем у цилиндрических
разверток, и не превышает 0,15 мм. При обработке небольших кони-
ческих отверстий работают только одной, чистовой разверткой (рис.
1.31, в). Для превращения крупных цилиндрических отверстий в кони-
ческие, например, в гнездах шпинделей станков, используют комплект
разверток из двух-трех штук. Первая, предварительная, развертка —
с крупным зубом и резьбой с углом уклона, равным углу уклона
конуса. Направление резьбы совпадает с направлением вращения раз-
вертки в работе. Она, как зенкер, главными режущими кромками АВ
(рис. 1.31, а) превращает цилиндрическое отверстие в ступенчатое
коническое. Вторая, промежуточная, развертка имеет стружкоразде-
лительные канавки в виде ленточной резьбы с направлением нарезки,
обратным направлению вращения развертки (рис. 1.31, б). Она удаля-
ет ступени, оставшиеся в отверстии после работы первой развертки.
Чистовая развертка окончательно калибрует отверстие всей длиной
зубьев, вдоль режущих кромок которых оставлены круглошлифован-
ные ленточки шириной до 0,15 мм, создающие требуемую точность
формы отверстия.

Рис /3/. Конические развертки для конусов Морзе

Насадные зенкеры и развертки отличаются от хвостовых
только методом крепления. При диаметрах более 25 мм экономичес-
ки выгоднее вместо хвостовика предусматривать коническое отвер-
иие (рис. 1.32), которым инструмент насаживается на оправку,
устанавливаемую в гнезде шпинделя станка. Крутящий момент пере-
дается торцовой шпонкой оправки, входящей в шпоночный паз на
юрце инструмента.

Сборными делаются как хвостовые, так и насадные зенкеры и
развертки диаметром свыше 32 мм. Экономичность таких инстру-
ментов очень высокая, так как из режущих материалов делается не
вся рабочая часть, а только зубья (ножи). При выходе из строя
одного или нескольких зубьев их легко заменить. Можно восстано-
вить размеры после стачивания зубьев и многократно использовать
корпуса.

По способу закрепления ножей существует много разновидностей
конструкций. У наиболее распространенных, стандартных, в клино-
видные пазы корпуса 2 запрессовываются в осевом направлении кли-
новидные ножи 1 с рифлениями на опорной стороне (рис 1.32, в).
Рифления надежно закрепляют нож и создают возможность восста-
новления диаметра зенкера путем перестановки ножей на одно риф-
ление от оси корпуса. Ножи могут быть целиком из быстрорежущей
стали или из стали 40Х с напаянными или приклеенными пластинами
1вердого сплава, как показано на рис. 1 32, в

Конструкция сборной развертки такая же, только большее число
зубьев; зубья параллельны оси.

Регулируемые зенкеры и развертки — это инструменты, ди-
аметр которых можно плавно изменять. Применяются они главным
образом в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Изменять диаметр инструмента позволяют все сборные конструк-
ции, однако это изменение дискретно Так, например, у инструментов
с рифлениями (рис.1 32, в) диаметр можно изменять только на удво-
енную величину шага рифлений (2 мм). Обработка отверстий при
выполнении ремонтных работ требует более тонкого регулирования
размера, которое достигается специальными конструктивными реше-
ниями. Это разжимные и различного вида раздвижные конструкции,
примеры которых приведены на рис. 1.33.

Изменение диаметра разжимной развертки (рис. 1.33, а) происхо-
дит в результате деформации зубьев 2 от перемещения в конической
части отверстия шарика 3 при завертывании винта 1. Для облегчения
упругого отжима зубьев впадины между ними прорезаны до цен-
трального отверстия. Увеличение диаметра возможно до 0,5 мм.

Рис. 1.32. Насадные зенкеры (а, в) и развертка (б)

Изменение диаметра раздвижной развертки может достигаться
перемещением гайками 2 через кольца 3 ножей 4 вдоль корпуса 1 нс
'очным пазам со скошенным основанием (рис, 1.33, б). Максималь-
ное изменение диаметра — 3 мм Недостатком раздвижных и других
сборных конструкций является необходимость шлифования но наруж-
ному диаметру и заточки по заборной части разверток после измене-
ния их размера. Разжимные развертки (рис. 1.33, а) после изменения
диаметра в дополнительной обработке не нуждаются.

А-А

бы исключить дробленость
развернутых поверхностей

Рис. 1.33 Развертки, регулируемые по диаметру

Твердосплавные зенкеры и развервки изготавливаются с це-
лью повышения стойкости и производительности но сравнению с
быстрорежущими зенкерами и развертками. Пластинами твердого
сплава могут оснащаться все разновидности зенкеров и разверток
Они напаиваются или наклеиваются непосредственно на корпуса
(рис. 1.34) или на ножи у сборных конструкций (см. рис. 1.32, в).

Смещение осей пластины и

Рис К34. Зенкеры (а, б, в) и развертка (г), оснащенные твердым сплавом
Наиболее прогрессивными являются зенкеры с механическим креп-
лением многогранных неперетачиваемых пластин (рисЛ 34, в). Из-за
недостаточной точности развертки такими пластинами не оснащают.

Ручные развертки по сравнению с машинными имеют более
длинную заборную и калибрующую части и всегда цилиндрический
хвостовик с квадратом на конце под вороток. Меньшее значение угла
у> (длинная заборная часть) вызвано необходимостью улучшения на-
правления развертки в начальный момент работы. Увеличенная длина
калибрующей части обеспечивает больший срок службы развертки.
Так, при малом (р после каждой переточки по заборной части длина
калибрующей части сокращается на большую величину, чем у машин-
ных разверток с большим значением ср. Рабочая часть развертки —
юлько из быстрорежущей стали. Твердыми сплавами ручные разверт-
ки не оснащаются.

Зенкеры и развертки с кольцевой заточкой (рис. 135) часто
используют для обработки точных отверстий. Уступы диаметром
1)=Г)-$,2 мм и длиной 7=2—3 мм создают на круглошлифовальных
станках. Главные режущие кромки — торцовые кромки уступов.
Избыточный припуск снимается угловыми кромками с ф=45°.

Преимуществом таких инструментов являются стабильное обес-
печение высокой точности (до 7-го квалитета) и низкой шероховато-
сти (до ^=0,40 мкм) обработанных поверхностей, более высокая
производительность в связи с короткой заборной частью, простота
переточек (шлифование уступов на круглошлифовальном станке) и
большое число переточек.

Зенкеры с кольцевой заточкой имеют меньшее, чем развертки,
число зубьев и винтовые стружечные канавки. Качество обработки
такими зенкерами настолько высокое, что часто отпадает необходи-
мость в последующем развертывании.

Тянущие зенкеры широкого распространения не получили. По
конструкции рабочей части они ничем не отличаются от стандартных
насадных зенкеров. Только присоединительная часть выполнена таким
образом, что в процессе работы их не толкают, а тянут. В результате
изменения напряженного состояния стойкость таких зенкеров и каче-
ство обработанных ими отверстий выше, чем толкающими зенкерами.
Рис 1 35 Развертка с кольцевой заточкой

Контрольные вопросы

1. Назначение, технологические возможности и элементы конструк-
ции сверл, зенкеров и разверток.

2. Разновидности конструкций зенкеров и разверток.

3. Наиболее экономичные зенкеры и развертки.

4. Как влияет число зубьев на производительность зенкеров и раз-
верток?

5. Почему у зенкера зубьев меньше, чем у развертки?

1.6. ФРЕЗЫ

1.6.1. Назначение и разновидности фрез

Фреза представляет собой многозубый инструмент в виде тела
вращения, на образующей поверхности которого или на образующей
поверхности и торцах одновременно расположены режущие кромки. Во
время работы осуществляются два движения: главное движение —
Раздел 1. Обзор конструкций режущих инструментов
вращение фрезы вокруг оси и вспомогательное движение — дви-
жение подачи инструмента или детали. Поскольку в резании одно-
временно участвует несколько зубьев, процесс фрезерования отли-
чается большей производительностью, чем, например, точение или
ст рогание.

Фрезы применяются чрезвычайно широко для обработки плоско-
стей, прорезки прямобочных и угловых пазов, шпоночных канавок,
разрезки металла, обработки фасонных поверхностей, нарезания
резьб, зубчагых колес и других видов работ. Классифицировать фре-
зы можно по назначению, способу крепления па станке, форме, профи-
лю и расположению зубьев, по конструкции рабочей части и режуще-
му материалу. Однако классификация фрез довольно затруднительна
в связи с большим разнообразием конструкций и широкой областью
их применения.

По наиболее общим признакам различают фрезы цельные и сбор-
ные; зубья цельных фрез выполнены как одно целое с корпусом из
режущего материала. Их делают насадными для закрепления на оп-
равке станка (это наиболее распространенный тип фрез) и с
цилиндрическим или коническим хвостовиком для непосредственною
закрепления в гнезде шпинделя станка или патрона. Хвостовыми
изготовляют преимущественно фрезы малого диаметра, которые
нельзя выполнить насадными Хвостовики делают из конструкционной
стали и приваривают встык к рабочей части из быстрорежущей ста-
ли. Основные типы цельных фрез и работы, выполняемые ими, пока-
заны на рис. 1.36.

Сборные фрезы более экономичны. Корпуса таких фрез делают из
конструкционных сталей, обычно стали 40Х, а ножи (зубья) — из
режущих материалов или конструкционных сталей с напаянными, при-
клеенными или механически закрепленными режущими пластинами.
Ножи крепятся в пазах корпусов клиньями, штифтами, винтами и
другими способами

Среди быстрорежущих наиболее распространены фрезы с клино-
видными рифлеными ножами, а также с плоскопараллельными рифле-
ными ножами и гладкими клиньями (рис. 1.37).
Рис 1 36 Виды фрезерования и основные типы фрез: а—цилиндрическая;
б, в. г — торцовые; д — дисковая трехсторонняя; е — дисковая двусторонняя,
ж.— дисковая пазовая; з — отрезная, и, к,л,м — концевые;
н — двуугловая; о — одноугловая; и, р — фасонные;

В — ширина фрезерования; /— глубина фрезерования
Рис. 1.37. Сборные фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали*
а — цилиндрическая с клиновидными рифлеными ножами; б — цилиндри-
ческая с плоскопараллельными рифлеными ножами и гладкими клиньями
вдоль передней грани; в — торцовая с клиновидными рифлеными ножами,
г — дисковая трехсторонняя с клиновидными рифлеными ножами
Для повышения производительности фрезы всех разновидностей
оснащают твердыми сплавами. Однако следует иметь в виду, что из-
за повышенной хрупкости твердого сплава и ударной нагрузки при
входе и выходе зуба из резания не все твердосплавные фрезы
одинаково работоспособны. Фрезы с жесткими корпусами, такие, как
торцовые, успешно работают при фрезеровании любых конструкцион-
ных материалов. Другие разновидности твердосплавных фрез с недо-
статочной жесткостью корпусов, особенно отрезные и дисковые, хоро-
шо зарекомендовали себя при обработке чугуна и цветных металлов,
где усилия резания сравнительно небольшие. Обработка стали таки-
ми фрезами также выполняется, но при тщательной отладке операции,
заключающейся в обеспечении надлежащей жесткости станка, при-
способления, детали, достаточной плавности подачи стола станка,
равномерности вращения его шпинделя, выбора наиболее подходящих
марок твердого сплава и оптимизации параметров инструмента.

Наиболее рациональным способом крепления пластин твердого спла-
ва является механическое крепление, устраняющее дефекты напайки
пласчин. Самыми прогрессивными среди них следует считать конструк-
ции с механическим креплением радиально или тангенциально располо-
женных неперетачиваемых многошинных пластин (рис. 1.38, а, е—з, к).

Широкое применение получили сборные фрезы с ножами или резца-
ми, в гнездах которых пластины твердого сплава напаиваются или
приклеиваются (рис. 1.38, б). Основное их преимущество по сравнению
с фрезами, оснащенными неперетачиваемыми пластинами, состоит в
юм, что конструкция — повышенной жесткости и позволяет размес-
тить больше режущих зубьев. Конструктивное оформление основных
типов таких фрез такое же, как и с быстрорежущими пластинчатыми
ножами, только поперечное сечение ножей несколько больше (сравни
рис.1 38, б и 1.37, г). Отличаются от быстрорежущих торцовые фрезы
для обработки стали. В связи с большими силами резания ножи выпус-
кают с крупным сечением, наподобие токарных резцов, и закрепляют
в корпусе различного рода клиньями (рис. 1.38, в).

У фрез малых размеров, которые не могут быть сделаны сборными,
а также у относительно крупных концевых, цилиндрических и торцовых
фрез с винтовыми пластинами твердого сплава пластины напаиваются
или наклеиваются непосредственно на корпуса (рис. 1.38, д).
Мелкоразмерные твердосплавные фрезы делают целиком из твер-
дого сплава или в виде твердосплавных коронок с зубьями, которые
напаиваются на хвостовые державки (рис. 1.38, г).

Рис 1 38, Фрезы, оснашснные твердым сплавом* а — торцовая с механичес-
ким креплением неперетачиваемых пластин (с МНП);

б — дисковая трехсторонняя с напайными рифлеными ножами,
в — торцовая с напайными ножами: г — концевая с твердосплавной коронкой,
д — цилиндрическая с винтовыми напаянными пластинами
Рис, 1,38, Продолжение: е — торцовая с радиальным расположением МНП,
ж — торцовая с тангенциальным расположением МНП, з — концевая цилинд-
рическая, и — торцовая, оснащенная СТМ, к — дисковая с МНП, л — отрезная
1.6.2. Элементы конструкции
и геометрические параметры фрез

Элементы конструкции, фрезы разных типов — это разновидно-
сти двух базовых конструкций: торцовой и цилиндрической. Так, напри-
мер, дисковая пазовая (см. рис. 1.36, ж) и отрезная (см. рис. 1.36, з)
фрезы представляют собой короткую или узкую цилиндрическую фре-
зу (см. рис. 1.36, а), дисковая двусторонняя (см. рис. 1.36, е) —
короткую торцовую (см. рис. 1.36, б), дисковая трехсторонняя
(рис. 1.36, д) — короткую торцовую с зубьями на обоих торцах, кон-
цевая цилиндрическая (см. рис.1.36, и, к, л) — торцовую, но с хвос-
товиком, фасонная (см. рис. 1.36, л, р) — цилиндрическую с фасонной
кромкой. Поэтому схемы работы фрез сводятся к цилиндрическому
(рис. 1.39, а) и торцовому (рис. 1.39, б) фрезерованию, а все фрезы
имеют сходные элементы конструкции: тело 1, у сборных конструкций
сю называют корпусом, зубья 2, стружечные канавки 3 (рис. 1.39, а)
и присоединительную часть в виде отверстия со шпоночной канавкой
для закрепления на станке и передачи крутящего момента у насадных
фрез или в виде цилиндрического или конического хвостовика у кон-
цевых фрез. У торцовых фрез средних размеров крутящий момент
передается шпоночным пазом на торце (см. рис. 1.37, в), а у крупных
сборных конструкций — другими жесткими элементами. На каждом
зубе фрезы различают переднюю поверхность 6, заднюю поверхность
4 и спинку зуба 5 (рис. 1.39, а).

Рис. 1 39 Фрезерование цилиндрической (б?) и торцовой (б) фрезами
Для повышения плавности работы и увеличения стойкости зубья
фрез делают винтовыми, желательно с неравномерным шагом.

Форма зубьев фрез разного назначения различна. Все фрезы, за
исключением фасонных, делаются с остроконечным зубом трех раз-
новидностей. трапецеидальным, параболическим и усиленным, кото-
рые характеризуются параметрами, показанными на рис. 1.40.

Рис I 40. Формы остроконечных зубьев: а — трапецеидальный;
б — усиленный; в — параболический

Зубья трапецеидальной формы (рис. 1.40, а) наиболее простые, но
не прочные, для тяжелых работ непригодны, делаются только у фрез
с мелким зубом, предназначенных для чистового фрезерования, при
торцовом шаге зубьев /<10 мм и отношении диаметра фрезы к числу
зубьев О/г<3.

Параболический зуб (рис. 1.40, в) представляет собой балку рав-
ного сопротивления изгибу в любом поперечном сечении и является
наиболее рациональным для тяжело нагруженных фрез с ^>10 мм и
применяемых для чернового фрезерования.

Заменив параболу ломаной линией, образуют усиленный зуб (рис.
1.40, б), который по прочности мало уступает параболическому, но
получил более широкое распространение, так как его проще изгото-
вить. С усиленным зубом делают фрезы для черновых работ и все
фрезы, 'оснащенные пластинами твердого сплава.

Переточки остроконечных зубьев после затупления выполняют ио
наиболее изношенной, задней поверхности.
Зубья фасонных фрез в большинстве случаев делают затылован-
ными, с криволинейной задней поверхностью, очерченной ио гребню А
участком АС спирали Архимеда (рис. 1.41). При образовании задней
поверхности на токарно-затыловочном станке по схеме рис. 1.41
фреза 1 равномерно вращается по стрелке К а резец 2 с профилем
изделия, обрабатываемого фрезой, равномерно подается кулачком 3 в
радиальном направлении 5. За один оборот кулачка с рабочим учас-
тком фр но спирали Архимеда фреза повернется на угловой шаг 8.

Рис 1 41. Схема радиального затылования зуба фрезы

Таким образом, в процессе затылования режущий контур ЕАЕ' резца
постоянно лежит в радиальной плоскости фрезы Поэтому профиль зуба
фрезы в любом радиальном сечении одинаковый, соответствует профи-
лю затыловочного резца, чего нельзя достичь при линейчатой форме
задней поверхности зуба, выполненной по одной из схем рис. 1.40.
В результате появляется возможность упростить переточку зубьев
фрезы после затупления и выполнять ее по передней радиальной
плоскости, а не но фасонной задней поверхности. Это — единственное
преимущество затылованного зуба. Во всех остальных отношениях он
хуже: малое число переточек, больше шероховатость обработанной
поверхности профиля детали и ниже стойкость фрез из-за неблагопри-
ятной геометрии зуба. Поэтому в случае большого потребления оди-
наковых фасонных фрез их делают с остроконечным зубом и идут на
дополнительные затраты по изготовлению специальных приспособле-
ний для переточки фрез по задней поверхности.

Толщина тела фрезы т (см. рис. 1.39) выбирается минимальной
по прочности.

Диаметр посадочного отверстия желательно иметь возможно
большим с целью увеличения жесткости оправки, что позволит увели-
чить производительность фрезерования за счет увеличения подач, не
опасаясь при этом вибраций.

Наружный диаметр фрез предпочтительно меньший, так как
меньше крутящие моменты и больше производительность обработки
за счет сокращения времени врезания. Однако это не всегда возмож-
но, так как выбор диаметра зависит также от конструкции детали и
размеров ее обрабатываемых поверхностей, от особенностей конст-
рукции сборных фрез, размеров стружечной канавки, плавности фре-
зерования и других факторов.

Длина (ширина, толщина) рабочей части фрез определяется
размерами обрабатываемых поверхностей. Если длина цилиндричес-
кой фрезы недостаточна — на фрезерную оправку насаживают не-
сколько фрез, обеспечив перекрытие режущих кромок на стыке. Та-
кие фрезы называют составными. Составными могут быть диско-
вые фрезы для фрезерования пазов, фасонные фрезы. Когда в резуль-
тате переточек зубьев ширина фрезы уменьшается, ее легко восста-
новить, положив между составными частями прокладку. Подобным
образом можно составлять наборы фрез для одновременной обработ-
ки нескольких поверхностей (рис. 1.42).

Размеры хвостовика концевых фрез определяются величиной
крутящего момента, зависящего от режима резания и других пара-
метров обработки.
Рис 1 42 Фрезерование набором фрез /, 2, 3,4 — направление схода
стружки; 5,6 — направление вращения, 7,8 — направление осевых сил

Элементы конструкции хорошо отработанных и проверенных на
производственной практике фрез стандартизованы и назначаются по
с । андартам.

Геометрические параметры фрез. Зуб фрезы представляет
собой вращающийся резец, закрепленный в теле фрезы. Поэтому
назначение и определение геометрических параметров фрез такое же,
как и у токарных резцов. Соотношения между углами заточки в
разных секущих плоскостях для резца и фрезы тоже одинаковы. До-
статочно установить положение координатных плоскостей (основной
плоскости и плоскости резания), режущих кромок, передней и задней
поверхностей, чтобы показать эти параметры на эскизе и определить
необходимые взаимосвязи.

Основной плоскостью фрезы, как и других вращающихся инстру-
ментов, в статической системе координат является осевая плоскость,
проходящая через рассматриваемую точку режущей кромки, а плос-
кость резания перпендикулярна к основной и касатсльна к режущей
кромке в рассматриваемой точке. За вершину зуба, расположенного на
цилиндре фрезы, принимают рассматриваемую точку режущей кромки.
Цилиндрическая фреза имеет только главные режущие кромки,
расположенные на наружном цилиндре. Вспомогательных режущих
кромок нет.

Задний угол фрезы, как и резца, задается в нормальной секущей
плоскости, перпендикулярной к основной и плоскости резания, т.е. в
плоское! и М-М, перпендикулярной к оси фрезы в рассматриваемой
гочке режущей кромки (рис. 1.43, а, б). Передний угол у в отличие от

Рис 1 43. Геометрические параметры фрез, а — цилиндрической с прямым
зубом, б — цилиндрической с винтовым зубом; в — торцовой
резца задается в плоскости У-У, нормальной к направлению зуба
(рис. 1.43, б). Поскольку для цилиндрической фрезы с прямым зубом
плоскости М-М и Ы-Ы совпадают, то оба угла у и а задаются в
плоскости, перпендикулярной к оси фрезы. Углы в секущей плоскости
М-М являются одновременно поперечными углами фрезы, соответ-
ствующими продольным углам резца. Взаимосвязь между ними опре-
деляется формулами.

ШЬ = 1§усО8С0, (1 19)

а соз со, (I 20)

где со — угол наклона зуба фрезы, который у резца является унюм
наклона главной режущей кромки.

Угол со для цилиндрических фрез является одновременно и про-
дольным передним углом.

Зуб торцовой фрезы в проекции на основную плоскость (рис. ! 43. в)
полностью повторяет токарный прямой проходной резец с главным
углом в плане ф, вспомогательным углом в плане фг углом наклона
главной режущей кромки А,, с передними и задними углами в трех
плоскостях: главной секущей плоское! и У-У, перпендикулярной к про-
екции главной режущей кромки на основную плоскость, в продольной
секущей плоскости О-О, параллельной оси фрезы, и в поперечной
секущей плоскости Я-Я, перпендикулярной к оси фрезы. Поэтому
продольные углы фрезы часто называют осевыми. а поперечные —
радиальными. Так же называют продольные и поперечные углы
других фрез.

В отличие от резца фреза имеет передний и задний аЛ углы
зуба на цилиндре, которые обозначены в сечении У-У. нормальном
к направлению зуба. Кроме того, задний главный угол а фрезы зада-
ется в плоскости К-К. перпендикулярной к оси фрезы, а не в главной
секущей У-У, как у резца. В плоскости У-У задний угол называют
нормальным задним углом аг Продольный передний угол фрезы упр
равен углу наклона зуба со. Соотношения между углами в разных
секущих плоскостях такие же, как у резца.

Геометрические параметры других разновидностей фрез обознача-
ются так же, как у цилиндрической или торцовой фрезы. Только у фрез
пазовых, отрезных и прорезных, не имеющих зубьев на торцах
(см. рис. 1.36, ж, з), с целью уменьшения трения о стенки паза
делают поднутрение в сторону посадочного отверстия фрезы. В ре-
зультате появляется вспомогательный угол в плане фр как у токарно-
го отрезного резца.

У фасонных фрез с затылованным зубом нормальные задние углы
вдоль кромки не постоянны, что определяется самой схемой образо-
вания задней поверхности. Нетрудно представить, что участки кром-
ки, перпендикулярные к оси фрезы, параллельны движению затыло-
вочного резца. Поэтому задние поверхности зуба, примыкающие к
этим участкам кромки, являются частью торцовой плоскости, перпен-
дикулярной к оси фрезы, и задние нормальные углы в этом случае
равны нулю. Таким образом, наибольший задний угол в точке А будет
постепенно уменьшаться вплоть до нуля к точкам Е и Е' режущей
кромки фрезы (см. рис. 1.41). Нормальные передние углы изменяют-
ся подобным образом. Чтобы не допустить значений задних углов
меньше 3°, прибегают к различным способам их увеличения, в том
числе к косому затылованию, т.е. затылованию под углом к оси
фрезы, чтобы ни один участок режущей кромки фрезы не совпадал с
направлением перемещения затыловочного резца. Подробнее методы
увеличения задних углов изложены в п.2.2.3.7.

Величина заднего угла а на вершине фрезы (точка А, рис. 1.41)
задается величиной затылования К, необходимой для выбора затыло-
вочного кулачка. Взаимосвязь между А* и а определяется из криво-
линейного треугольника ЛАС: К=ВС=АВ1&а.

Так как АВ=тФ!2.> то

А=(лР/7)1ёа. (1.21)

Для других точек профиля значения нормальных углов вычисляют-
ся по формуле

1§аА,=(^/^)1§а81п<рх, (1.22)

где а — задний угол на вершине фрезы; К — радиус фрезы;
Вх — расстояние от центра фрезы до рассматриваемой точки режу-
щей кромки; — угол между касательной к проекции режущей
кромки на осевую (основную) плоскость в рассматриваемой точке и
перпендикуляром к оси фрезы, т.е. направлением подачи.
Контрольные вопросы

1. Разновидности фрез.

2. Виды работ, выполняемых фрезами.

3 Формы зубьев и их применение в конструкциях фрез.

4. Зачем хвостовые фрезы, если есть насадные?

5. Преимущества фрез с МНП перед сборными фрезами других кон-
струкций.

6. Оптимальны ли задние углы у фасонных фрез с затылованным
зубом?

1.7. ПРОТЯЖКИ

1.7.1. Назначение и основные тины протяжек

Протяжки предназначены для обработки внутренних и наружных
поверхностей любой конфигурации с точност ью по 7—9-му квалите1у
и шероховатостью поверхностей с до 1,25—0,20 мкм Их можно
отнести к разряду комбинированных инструментов, осуществляющих
последовательно черновую и чистовую обработку. Протяжка — это
многозубый инструмент, совершающий одно главное движение —
прямолинейное перемещение относительно обрабатываемой детали.
Удаление припуска обеспечивается за счет того, что каждый после-
дующий зуб протяжки выше предыдущего на некоторую величину 5,
называемую подъемом на зуб (рис. 1 44). По своей сущности подъем
на зуб является подачей на зуб, которая изменяется дискретно, при
входе зуба в работу. В этом отношении работа зуба протяжки похожа
на работу строгального резца с соотве!ствующей конфигурацией ре-
жущей кромки. Величину подачи в процессе эксплуатации протяжки
изменять нельзя, она заложена в самой конструкции и обычно не пре-
вышает величин, установленных для других видов обработки Скорость
резания быстрорежущими протяжками небольшая — 3—8 м/мин
и обусловлена необходимостью получения малой шероховатости об-
работанной поверхности. Тем не менее процесс протягивания произво-
дительнее всех остальных методов лезвийной обработки. Например,
протягивание плоскостей в 5—10 раз производительнее фрезерования,
а протягивание отверстий производительнее зенкерования и разверты-
вания в 10—15 раз. Это объясняется большой площадью сечения
одновременно срезаемого слоя из-за большой длины одновременно
режущих кромок. Кроме того, протяжки характеризуются высоким
периодом стойкости (до 500 мин и более), большой суммарной стой-
костью и во многих случаях являются единственным видом инстру-
мента, обеспечивающего заданную точность и форму обработанной
поверхности Все это предопределило широкое применение протяжек
не только в массовом и крупносерийном, но и в мелкосерийном про-
изводстве при обработке сложных профилей, хотя сами протяжки
являются сложным и дорогим инструментом.

Рис 1 44 Элементы режима резания, геометрические и конструктивные
параметры зубьев протяжки

Применяемые в современном машиностроении протяжки разделя-
ют по назначению на две большие группы: внутренние протяжки.
используемые для обработки отверстий разного профиля (замкнутых
конзуров), и наружные протяжки, применяемые для обработки все-
возможных открытых поверхностей (незамкнутых контуров).

Протяжки каждой из этих групп можно подразделить дополнительно:
а) по форме обрабатываемых поверхностей’ круглые, плоские и фа-
сонные (шлицевые, многогранные, елочные и т.д.);

б) по схемам резания (профильные, генераторные и комбинирован-
ные), которые в свою очередь подразделяются на одинарные и
групповые;
в) по конструкции (цельные и сборные);

г) по режущему материалу (быс грорежущие и твердосплавные);

д) по способу формирования обработанной поверхности (режущие,
уплотняющие, деформирующие и комбинированные, состоящие из
режущей и уплотняющей или деформирующей частей).

1*7.2. Элементы конструкции и геометрические
параметры протяжек

Составные части внутренних протяжек показаны на примере круг-
лой протяжки для обработки цилиндрического отверстия (рис. 1 45).

Рис 1 45 Составные части протяжки

Рабочая часть, включающая режущую часть /р, выполняющую
работу по удалению припуска, и калибрующую /к, окончательно фор-
мирующую размеры отверстия и качество обработанной поверхности,
является основной частью протяжки. Она состоит из зубьев ост-
роконечной формы, имеющих переднюю поверхность /, заднюю 2 и
спинку 3 (см. рис. 1.44). Каждый зуб в отдельности представляс!
собой резец с присущими ему геометрическими параметрами, перед-
ним углом у, задним углом а, углом заострения ₽, углом резания 8,
которые, как и у резца, задаются в нормальной секущей плоскости
между соответствующими поверхнос!ями зуба и координатными
плоскостями: основной и плоскостью резания Основная плоскость, пер-
пендикулярная к вектору скорости резания, и плоскость резания взаим-
но перпендикулярны и перпендикулярны к плоскости чертежа. Для про-
тяжек с прямыми зубьями, перпендикулярными к ее оси (рис. 1.44),
плоскость чертежа является нормальной секущей плоскостью. У про-
тяжек с наклонным зубом (плоские) или винтовым зубом (круглые)
зубья имеют угол наклона главной режущей кромки X, между режу-
щей кромкой и основной плоскостью (см. рис. 1.52, а}.

Геометрические параметры калибрующих зубьев на рис. 1.44
обозначены индексом «к». Шаг зубьев /, ширина задней поверхности
зуба глубина А и форма К и г стружечной канавки, а также
подъем на зуб 82 являются основными элементами конструкции
рабочей части протяжки. Они зависят от размеров и формы обрабо-
танной поверхности, припуска на обработку, принятой схемы реза-
ния, периода стойкости протяжки, обрабатываемого материала, за-
данного качества обработанной поверхности и других факторов.
Параметры протяжки выбираются оптимальными по критерию ми-
нимума приведенных затрат, которые минимальны при наименьшей
длине и высокой стойкости протяжки, обеспечивающей большое
количество переточек

Режущая часть протяжек групповой схемы резания допол-
нительно подразделяется на обдирочную, переходную и чисто-
вую части. На обдирочной и переходной частях зубья объединены
в группы (секции) одинакового диаметра, а подъем задается на
секцию зубьев, больший для обдирочных секций. Чистовые зубья
имеют самый малый подъем, причем на каждый зуб. Такой принцип
конструирования преследует цель удаления основного припуска ми-
нимальным числом зубьев с обеспечением требуемого качества
обработанной детали чистовыми зубьями протяжки. Это позволяет
сделать протяжку минимальной длины. Диаметр первого режущего
зуба равен минимальному диаметру отверстия до протягивания, а
диаметр последнего режущего зуба — диаметру калибрующих зу-
бьев протяжки. Число зубьев зависит от припуска на обработку и
подъема на зуб.

Зубья калибрующей части протяжки не имеют подъема на зуб. Их
диаметр должен обеспечить максимально допустимый размер отвер-
стия. Чем меньше шероховатость обработанной поверхности и выше
ее точность, тем больше число калибрующих зубьев протяжки.
Передняя /)н и задняя /зн направляющие (рис. 1.45) служат для
центрирования и направления протяжки по отверстию детали в мо-
мент начала и окончания работы. Форма и поперечные размеры пе-
редней направляющей соответствуют форме и минимальным разме-
рам отверстия до обработки. Задняя направляющая чаще всего име-
ет форму окончательно обработанного отверстия с минимально допу-
стимыми размерами.

Хвостовик 1х, шейка /ш, переходной конус /пк и задняя замковая
часть (рис. 1.45) являются присоединительной частью протяжки.
За хвостовик, закрепленный в тяговом патроне станка, протяжку
протягивают через обрабатываемое отверстие. Размеры и форма
хвостовика зависят от диаметра протяжки и зажимного патрона
Переходный конус облегчает ввод протяжки в отверстие обрабаты-
ваемой детали. Длины переходного конуса и шейки выбираются
такими, чтобы при положении детали, как показано на рис. 1 45,
обеспечить возможность соединения хвостовика протяжки с патро-
ном протяжного станка. Размеры площади поперечного сечения
шейки должны быть меньше размеров площади опасного сечения на
рабочей части, чтобы в случае разрушения протяжки по присоеди-
нительной части ее можно было восстановить.

Задней замковой частью протяжку соединяют с кареткой обратно-
го хода станка для возврата прогяжки в исходное положение. Делает-
ся это только у протяжек, работающих по автоматическому или полу-
автоматическому циклу.

Разновидностью внутренних протяжек являются прошивки, кото-
рые в отличие от протяжек работают не на растяжение, а на сжатие,
их проталкивают через отверстие. Во избежание продольного изгиба
прошивки делают короче протяжек, поэтому для полного удаления
припуска выпускается комплект прошивок из нескольких штук. Кроме
того, у прошивок нет присоединительной части.

Наружные протяжки не имеют хвостовиков и направляющих час-
тей. Крепятся они телом на плите и вместе с ней на каретке протяж-
ного станка, перемещающейся по направляющим станины. Схемы
работы плоских наружных протяжек показаны на рис 1.46.
Рис I 46. Обработка плоскостей протяжками, а — профильной;

б — генераторной односекционной; в — генераторной двухсекционной

1.7.3. Особенности конструкции протяжек разных типов

Протяжки одинарного резания имеют подъем на каждый зуб.
Они работают но профильной или генераторной схемам резания и
называются соответственно профильными (рис. 1.47) и генератор-
ными (рис. 1.48).

У профильных протяжек каждый режущий зуб имеет форму
окончательно обработанной поверхности, но меньшего размера. Окон-
чательная форма и размеры поверхности образуются единовременно,
последним режущим зубом (см. рис. 1.47). Профильная схема реза-
ния применяется только при протягивании круглых отверстий, полу-
круглых и плоских поверхностей, так как при более сложной форме
изготовление профильных протяжек сильно усложняется.

Генераторные протяжки удаляют припуск параллельными сло-
ями (рис. 1.48, в, г) или слоями в виде дуг концентричных окружно-
стей (рис. 1.48, а, б). Размеры и форма обработанной поверхности
воспроизводятся постепенно (генерируются) вспомогательными кром-
ками каждого режущего зуба. Рабочая часть таких протяжек прсд-
Раздел К Обзор конструкций режущих инструментов
ставляет собой деталь, сопряженную с обрабатываемой, на которой
нарезаны круглые или плоские зубья. Такие протяжки можно предста-
вить себе круглыми (рис. 1.48, а, б) или плоскими (рис. 1.48, г) с
вышлифованным на всей длине их рабочей части профилем, обрат-
ным профилю обработанной поверхности.

Рис 1 47 Элементы конструкции и последовательность удаления припуска
протяжками профильной схемы резания

а — круглой; б — квадратной; в — плоской, г — наружной полукруглой
Стойкость генераторных протяжек, за исключением плоских, ниже,
чем профильных, так как при такой конструкции задние вспомогатель-
ные углы ОС] у вспомогательных режущих кромок, отделяющих среза-
емый слой по толщине В?, равны нулю (рис. 1.48). Однако генера-
торные протяжки по сравнению с профильными проще в изготовлении
и за точке задних поверхностей. Кроме того, для обработки сложных
поверхностей выполнить протяжки по профильной схеме вообще не-
возможно. Поэтому генераторные протяжки повсеместно приме-
няются при обработке деталей сложной формы. При необходимости
получения повышенной точности и меньшей шероховатости обрабо-
танной поверхности обработку выполняют по комбинированной схеме
резания, снабдив генераторную протяжку несколькими последними
профильными зубьями п, как это показано на примере плоских протя-
жек (см. рис. 1.46, б, в).

Для облегчения отделения стружки на режущих зубьях протяжек
одинарного резания делают узкие стружкоразделительные канавки 7,
расположенные в шахматном порядке от зуба к зубу (см. рис. 1.47, 1.48).
В результате образуются вспомогательные режущие кромки, от-
деляющие каждый участок среза по толщине. Величина задних углов
на них (вспомогательных задних углов а,) зависит от формы канавок
и чаще равна или близка к нулю. Это также является недостатком
протяжек одинарного резания.

Протяжки групповой схемы резания имеют подъем на группу
(секцию) зубьев. В секции может быть два и более зубьев одинако-
вого размера. Работа между ними распределена равномерно по ши-
рине среза: каждый зуб секции срезает одинаковый по длине перимет-
ра слой металла. Первые зубья секции называют прорезными, они
режут своими выступами, расположенными в шахматном порядке от
зуба к зубу, а последний зуб секции — зачистным. Он имеет полный
профиль и срезает оставшуюся от прорезных зубьев часть слоя.
Чтобы гарантировать отсутствие трения зачистного зуба по обрабо-
танной прорезными зубьями поверхности, его высоту делают на
0,02—0,03 мм меньше, чем у прорезных зубьев секции. Схемы реза-
ния такими протяжками показаны на рис. 1.49 слева, а элементы
конструкции протяжек, работающих по этим схемам, — справа.
Рис. I 48 Элементы конструкции и схемы резания генераторными
протяжками а — квадратной, б — шлицевой, в — плоской, г — фасонной
Для разделения стружки и образования режущих выступов на про-
резных зубьях прорезаны широкие канавки в виде шлицевых внадин
у протяжек шахматной схемы резания (рис.1.49, а\ в виде выкружек
у протяжек переменной схемы резания (рис. 1.49, б, г), в виде плоских
граней у протяжек многогранной схемы резания (рис. 1.49, в) и в виде
плоских фасок у пазовых про!яжек (рис. 1.49, д).

Протяжки групповой схемы резания имеют ряд преимуществ пе-
ред протяжками одинарного резания.

Сила резания при протягивании часто ограничивается прочностью
протяжки или мощностью протяжного станка. Каждый зуб групповой
протяжки срезает слой меньшей ширины, но большей толщины. При
одинаковой площади сечения среза сила резания меньше при срезании
слоев узких, но толстых (на силу резания большее влияние оказывает
ширина среза). В результате при той же силе резания каждый зуб
групповой протяжки может работать с большим сечением среза
Число зубьев протяжки меньше, она получается в 1,5—2 раза короче,
а поэтому дешевле и производительнее, чем протяжка одинарного
резания. Такие протяжки, как и другие инструменты, работающие с
увеличенной толщиной среза и уменьшенной шириной, а также прису-
щие им схемы резания называют прогрессивными.

Способ разделения стружки, кроме шахматной схемы, обеспечи-
вает достаточной величины вспомогательные задние углы а( на вспо-
могательных режущих кромках. Теплонапряженность уголков зубьев
у протяжек группового резания меньше, так как больше угол при
вершине 8 (см. рис. 1.47—1.49). В результате увеличенной толщины
среза зубья работают под упрочненным, наклепанным слоем. Все это
двукратно повышает стойкость и общий срок службы групповых про-
тяжек по сравнению с одинарными.

При протягивании пазов одинарными протяжками с полной шири-
ной среза стружка, упрочненная и увеличенная по ширине от усадки,
наносит царапины на боковых сторонах паза, что исключается при
групповой схеме резания, удачно разделяющей сгружку по ширине:
обработанная поверхность получается менее шероховатой.

При многозубой секции толщину среза можно довести до милли-
метра и более. В результате появляется возможность осуществлять
Рис К49 Элементы конструкции и последовательность удаления
припуска прогрессивными протяжками групповых схем резания
а — круглой шахматной; б — круглой переменной, в — круглой многогранной,
г — шлицевой переменной, д — пазовой переменной
обработку «по-черному», т.е. протягивать прошитые и литые отвер-
стия без предварительного растачивания зенкером, так как зуб про-
1яжки будет работать в удовлетворительных условиях, под загрязнен-
ной коркой.

Указанные преимущества предопределили широкое распростране-
ние протяжек группового резания, особенно переменной схемы, из-за
их высокой технологичности: выкружки на зубьях радиусом 2?в можно
получить методом врезного шлифования периферией конического кру-
га (рис. 1.49, б). Протяжки шахматной схемы резания не применяют-
ся из-за сложности изготовления стружкоразделительных канавок и
отсутствия вспомогательных задних углов а1 (рис. 1.49, а).

Сборные конструкции протяжек экономичнее цельных, так
как из режущих материалов изготовляют только рабочие части или
зубья, которые крепятся в корпусах из конструкционной стали. Вы-
шедшие из строя зубья легко заменить. Кроме того, сборные конст-
рукции часто являются единственно возможными при обработке
сложных наружных поверхностей. В последнем случае протяжки
выполняются в виде отдельных секций, закрепляемых на инструмен-
тальной плите (см. рис. 1.46), вместе с которой устанавливаются на
станке. Наиболее распространенные способы крепления быстрорежу-
щих и твердосплавных зубьев в секции представлены на рис. 1.50.

Внутренние протяжки также делают сборными. Наиболее про-
стыми являются конструкции с привернутыми хвостовиками, со
сменной калибрующей частью в виде жесткой или регулируемой по
диаметру втулки (рис. 1.51), с зубьями-кольцами, нанизанными на
стержень, как это показано для цилиндрической секции наружной
протяжки (рис. 1.50, ж).

Твердосплавные протяжки используют для скоростного протяги-
вания. Ими можно выполнять обработку и со скоростями 3—5 м/мин,
но только чугуна, цветных металлов и их сплавов. Использование
твердого сплава повышает производительность обработки и стой-
кость протяжек В большинстве случаев — это сборные конструкции
с механическим креплением пластин или напайных ножей (рис. 1.50;
1.52, в). Напайка пластин непосредственно на корпуса нерациональна,
гак как при поломке хотя бы одного зуба протяжка выходит из строя.
Поэтому такие конструкции оправданы только в случаях, когда меха-
ническое крепление пластин или ножей невозможно. Наиболее рацио-
нальным считают протяжки с механическим креплением много1ран-
ных неперетачиваемых пластин.

Рис 1 50 Способы крепления твердосплавных ножей и пластин в корпусах
протяжек, а, б — радиальным клином, затягиваемым винтами, в,е — осевым
клином, г — цилиндрическим штифтом со скосом, д — клиновидные рифле-
ные ножи, ж — зубья-кольца, стягиваемые на стержне гайкой
Рис 151 Регулируемая калибрующая секция круглой протяжки

Протяжки со свободным выходом стружки обеспечивают
высокую производительность обработки, особенно длинных поверхно-
стей, они не нуждаются, как обычные протяжки, в уменьшении подъ-
ема на зуб, увеличении шага и размеров сгруженной канавки для
размещения большого объема стружки.

У наружных плоских протяжек, работающих но профильной схеме
резания, вывод стружки из канавки создают наклоном зубьев под
углом X и донышка стружечной канавки под углом (рис. 1.52, а).
Стружка завивается в спираль и перемещается вдоль передней по-
верхности зуба в направлении С.

Другие способы отвода стружки основаны на том, что на пути
схода стружки имеется канал, по которому она выходит из стружеч-
ной канавки.

У плоской протяжки конструкции ФТИ НАН РБ зубья в виде от-
дельных ножей привинчены к корытообразному корпусу (рис. 1.52, б).
Донышка у стружечной канавки нет. Стружка свободно проваливает-
ся между ножами в полость корпуса, а оттуда вымывается СОЖ под
давлением в 100 Н/см2. Подъем на черновые зубья таких протяжек
ограничивается только мощностью станка.

У плоских протяжек генераторной схемы резания стружка, снима-
емая главными режущими кромками, перемещается в направлении С
по канавкам К вдоль вспомогательных режущих кромок, обращенных
к обработанной поверхности, и выходит наружу, если канавка глубокая
(не менее ширины среза Ь), но не широкая, чтобы не позволить
стружке завиваться (см. рис. 1.46, б).
Рис. I 52. Протяжки со свободным выходом стружки

Раздел I Обзор конструкций режущих инструментов

о
Круглые протяжки со свободным выходом стружки — полые, с
центральным каналом по оси (рис. 1.52, в). Перед каждым режущим
зубом пробито отверстие, по которому стружка устремляется в цен-
тральный канал, а оттуда вымывается СОЖ. Подобный принцип мо-
жет быть заложен в конструкцию цельной круглой протяжки, работа-
ющей по групповой схеме резания.

Уплотняющие протяжки предназначены для выглаживания и
упрочнения обработанных поверхностей. Их зубья, называемые
кольцами. (рис. 1.53, б), не режут, а пластически деформируют
обрабатываемую поверхность, повышая ее износостойкость и
уменьшая шероховатость. Уплотняющими могут быть не только
протяжки, но и прошивки. Кроме того, уплотняющие кольца могут
быть набраны в виде отдельной секции за режущими зубьями лю-
бой протяжки (см. рис. 1.52, в).

Рис, 1 53, Выглаживающие зубья протяжек

Деформирующие протяжки используют для обработки деталей
типа втулок. Они представляют собой разновидность уплотняющих
протяжек, но со значительными подъемами на зуб, в результате чего
пластически деформируется не только обработанный поверхностный
слой, но и весь объем металла обрабатываемой заготовки.
Контрольные вопросы

I. Преимущества протягивания перед другими видами обработки
резанием.

2. Технологические возможности протяжек.

3. Составные части протяжек.

4. Чем отличаются прошивки от протяжек?

5 Разновидности протяжек.

6 Схемы резания при протягивании.

7. Преимущества протяжек групповой схемы резания и причины их
положительных свойств.

1Л РЕЗЬБООБРАЗУЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

1.8.1. Способы образования резьбы
и резьбонарезные инструменты

В современном машиностроении резьбы образуют методом лез-
вийной обработки резцами, гребенками, фрезами, метчиками, плашка-
ми и резьбонарезными головками, методом абразивной обработки
одно- и многониточными шлифовальными кругами и методом пла-
стической деформации резьбонакатными плашками, роликами, голов-
ками и раскатниками. Выбор способа обработки и вида резьбообра-
зующего инструмента зависит от твердости заготовки, требуемого
качества резьбы, типа производства и наличного оборудования.
Поэтому номенклатура инструментов и режущие материалы, которы-
ми они оснащаются, очень разнообразны В подавляющем большин-
стве случаев лезвийные резьбонарезные инструменты делают из бы-
строрежущих сталей, только ручные метчики, а также плашки — из
низколегированных инструментальных сталей. Твердые сплавы и
сверхтвердые материалы применяют реже, в основном для резцов и
метчиков, с целью повышения производительности или для нарезания
резьбы в материалах закаленных или обладающих высокими абразив-
ными свойствами (некоторые пластмассы). Метчики малых размеров
делают целиком из твердого сплава, а более крупные — с напаянны-
ми или приклеенными режущими пластинами. Для резцов предпочти-
тельнее многогранные неперетачиваемые пластины, закрепляемые
механически.
Резьбонарезные резцы и гребенки являются наиболее просты-
ми режущими инструментами, предназначенными для нарезания на-
ружных и внутренних резьб самых различных профилей на токарных
станках. По конструкции, принципу обеспечения размеров обработки
и требуемых геометрических параметров они представляют собой
фасонные резцы стержневые (рис. 1.54, а, г\ призматические (рис.
1 54, б, д) и круглые (рис. 1.54, а, е) с профилем впадин нарезаемой
резьбы. Однониточные конструкции с профилем одной впадины резь-
бы (рис. 1.54, а—в) называют просто резьбонарезными резцами, а
многониточные (рис. 1.54, г—е) — резьбонарезными гребенками.

Поскольку обрабатываемый профиль не кольцевой, а винтовой, то
резцы и гребенки работают не с радиальной подачей, а осевой 5
(рис. 1.55), равной шагу нарезаемой резьбы. Полный профиль резьбы
образуется за несколько проходов. Установка инструментов на глу-
бину резания производится перед началом прохода подачей инстру-
ментов в радиальном направлении 5 (рис. 1.55, а) или вдоль боковой
поверхности профиля резьбы (рис. 1 55, б). При втором способе,
более предпочтительном, резание облегчается, так как нет встреч-
ных потоков стружки с противоположных кромок инструмента, но
точность профиля нарезанной резьбы несколько ниже. Поэтому при
использовании второго способа образования резьбы последние прохо-
ды должны быть выполнены с радиальной подачей на врезание.

Работа с большой продольной подачей привносит некоторые осо-
бенности в конструкцию рабочей части инструмента из-за сильною
отличия рабочих углов от статических. Чтобы задние рабочие углы
и а, (см. рис. 1.54, а) были одинаковыми, профиль резца поворачи-
вают на угол подъема нарезаемой резьбы, он должен совпадать с
направлением витков резьбы. Поэтому у стержневых и призматичес-
ких резцов и гребенок профиль наклонен к опорной плоскости, а у
круглых он выполняется винтовым.

Вторая особенность конструкции состоит в образовании на гребен-
ках заборной части под углом ф (рис. 1.55, в), которая позволяет
перераспределить работу между зубьями инструмента. В резании
одновременно участвуют все зубья, находящиеся на заборной части,
поэтому нарезание резьбы гребенками производительнее, чем резца-
ии, число проходов может быть сокращено Зубья полного профиля за
заборной частью гребенки выполняют роль калибрующих.

Рис I 54 Резьбонарезные резцы, а— стержневой; б — призматический,
в — круглый; гребенки: г — стержневая; д — призматическая, е — круглая
Рис I 55. Нарезание резьбы: а, б — резцом, соответственно с радиальной и
боковой подачей, в — гребенкой

Оснащение резцов и гребенок твердыми сплавами и использование
устройств, работающих по автоматическому циклу I—IV (см. рис.
1.55. а), резко повышают производительность при сохранении высоко-
го качества нарезаемой резьбы.

Метчики и плашки — инструменты, предназначенные для
нарезания внутренней и наружной резьбы соответственно на токар-
ных, револьверных и сверлильных станках, токарных автоматах и
полуавтоматах, специальных резьбонарезных станках, а также
вручную. Нарезание резьбы метчиками может осуществляться по
копиру, т.е. с принудительной осевой подачей (способ используется
для нарезания точных резьб) или самозатягиванием, когда в на-
чале работы к метчику прикладывают определенное осевое уси-
лие, а после нарезания первых ниток усилие снимают, и за счет
образовавшейся временной винтовой пары «метчик — нарезанные
витки резьбы» метчик продолжает перемещаться в осевом на-
правлении самостоятельно.

Метчик представляет собой винт, а плашка — гайку с канавками
вдоль оси резьбы для образования режущих кромок. Элементы кон-
струкции и геометрические параметры метчиков и плашек приведены
на рис. 1.56 и 1.57. Назначение, обозначение и определение геометри-
ческих параметров такие же, как и у резца в статической системе
координате координатными плоскостями, основная, проходящая через
ось инструмента и рассматриваемую точку режущей кромки, плос-
кость резания, перпендикулярная к основной, и секущая плоскость,
перпендикулярная к оси метчика.

Рис. 1 56. Элементы конструкции метчика. 1 —затылочная поверхность;
2 — сердцевина; 3 — передняя поверхность, 4 — спинка, 5 — канавка; 6 перо
Рис 1 57 Резьбонарезные плашки а — круглая, б—квадратная,
в — шестигранная; г — трубчатая

Метчик напоминает собой зенкер без круглошлифованных ленто-
чек с нарезанной на нем резьбой. Кроме того, метчик и плашку
можно представить как резьбонарезные гребенки, смонтированные в
корпусе и расположенные так, чтобы витки их резьбы совпадали с
нарезаемой. Заборную часть метчика и плашки для образования
задних углов а затылуют по наружной поверхности на величину К,
как фасонную фрезу (рис. 1.56, 1.57). С целью уменьшения трения по
боковым сторонам резьбы метчик затылуют также и по профилю (по
боковым сторонам) резьбы для образования небольших вспомога-
тельных задних углов а1 (до 20') Кроме того, затылование шлифова-
нием выполняют с небольшой обратной конусностью, т.е с уменьше-
нием диаметра метчика в сторону хвостовика на (0,05—0,1). 100. Эти
приемы уменьшения трения часто недостаточны. Вязкие обрабаты-
ваемые металлы интенсивно налипают на боковые поверхности резь-
бы метчика. В некоторых случаях впадины резьбы метчика даже
завариваются обрабатываемым металлом, что приводит к порче на-
резаемой резьбы и даже поломке метчика. В таком случае использу-
ют специальные метчики — шахматные и корригированные.

Метчики с шахматным зубом — это метчики с нечетным
числом перьев* зубья которых вырезают в шахматном порядке от
зуба к зубу в обход по винтовой линии нарезки (рис. 1.58, а).

Метчики с шахматными витками имеют четное число перьев с
полностью вырезанными витками резьбы через один, т.е. вырезают все
зубья на одном витке, на следующем оставляют и т.д. (рис 1 58, б).

В процессе работы шахматными метчиками витки резьбы детали
могут упруго деформироваться в направлении А (рис 1 58, в): давле-
ние и трение на боковых контактных поверхностях резьбы метчика
уменьшается.

Зубья и витки резьбы вырезают на калибрующей части метчика,
но если этого недостаточно, то можно вырезать зубья и на заборной
части. Тогда оставшиеся режущие зубья буду! срезать слой металла
удвоенной толщины, уменьшится крутящий момент, но понизится
стойкость метчика. Полные витки резьбы на заборной части не вы-
резают, так как оставшиеся режущие зубья будут* перегружены каж-
дый из них будет выполнять свою работу и работу всех последова-
тельно удаленных перед ним зубьев (двух, четырех и т.д.).

Корригированные метчики обеспечивают наилучшие результа-
ты по уменьшению трения: у них на 5° уменьшен угол профиля. В
результате между зубьями метчика и обрабатываемой деталью об-
разуются угловые зазоры по боковым сторонам резьбы (рис. 1.58, г).
Требуемый профиль резьбы получают за счет коррекции обратной
конусности по формуле

^б^фСйС^2)01^/2)”1 >’

Высота остаточного несрезанного слоя металла к укладывается в
микропрофиль поверхности с /^=1,0—0,4 мкм Однако следует по-
мнить, что положительные результаты работы метчика достигаются
только в случае сообщения ему принудительной осевой подачи, строго
равной шагу нарезаемой резьбы.
Рис 1.58. Элементы конструкции усовершенствованных метчиков.
а — с шахматными зубьями, б — с шахматными витками;
в — положение шахматного метчика в детали; г — корригированный;
д — с винтовыми стружечными канавками; е — бесканавочный,
ж — с седлообразным затылованием заборной части; з — с бочкообразны
ми зубьями на ведущей части для нарезания точных резьб
Метчики с винтовыми стружечными канавками или со
скосом на передней поверхности под углом Л, (рис. 1.58, Э)
выводят стружку из канавки, облегчая доступ СОЖ в зону резания и
уменьшая крутящий момент. Поэтому они обладают повышенной
стойкостью, реже ломаются.

Бесканавочные метчики (рис. 1.58, е) используют для нареза-
ния резьб небольшого диаметра. Они обеспечивают большее число
переточек, несколько более высокое качество резьбы и обладают
повышенной прочностью, что особенно важно при нарезании резьбы в
вязких металлах, когда мелкие метчики часто ломаются.

При нарезании глухих резьб в конце резания перед передней поверх-
ностью метчика остаются корни стружки 1 (рис 1.58, ж), которые
при вывертывании метчика попадают под затылочную поверхность 2
и часто приводят к скалыванию вершин режущих зубьев. Седло-
образное затылование заборной части обеспечивает срезание корней
спиночными кромками 5, и выкрошивания зубьев не наблюдается.

По способу применения и назначению стандартами предусмотрены
метчики машинные, машинно-ручные, ручные или слесарные, гаеч-
ные и конические. Конструктивно они несколько отличаются друг от
друга.

Машинно-ручные метчики предназначены для нарезания резь-
бы на станках и вручную. Профиль резьбы шлифован и затылован
Метчики малых диаметров и метчики с крупным шагом резьбы
делают в комплекте из двух штук с целью уменьшения крутящего
момента для предохранения от поломок мелких метчиков и облегче-
ния нарезания крупных резьб вручную.

Ручные метчики применяют для нарезания резьбы вручную.
Отличаются от машинно-ручных тем, что профиль резьбы у них нс
шлифован и не затылован. Трение на рабочих поверхностях и крутя-
щий момент при работе велики из-за неточностей изготовления и
коробления метчиков при закалке. Поэтому ручные метчики делают в
комплекте из двух или трех штук с распределением припуска по площа-
ди вырезаемой впадины: для первого метчика — 60 %, второго —
30 и третьего — 10 %. Для их различения на хвостовике возле
квадрата нанесены кольцевые риски: одна на первом метчике, две на
втором и три на третьем (чистовом). Их можно различить и по
резьбе: полный профиль резьбы имеет только чистовой метчик.

Гаечные метчики выпускаются для нарезания гаек. Работают
они без вывертывания. Отличаются от машинно-ручных удлиненной
заборной частью и длинным хвостовиком, на который в процессе
работы нанизываются гайки. После заполнения хвостовика гайками
метчик вынимается из патрона и гайки высыпаются.

На специальных гайконарезных станках-автоматах используются
гаечные метчики с изогнутым хвостовиком, который служит повод-
ком для передачи крутящего момента (рис. 1.59).

Рис I 59 Схема работы гаечного метчика с изогнутым хвостовиком

Конические метчики предназначены для нарезания конических
резьб. Резьба рабочей части выполнена на конусе. Режут они всей
длиной рабочей части.

Форма заборной части метчиков зависит от принятой схемы
резания: генераторной, профильной или комбинированной (рис. 1.60). У
метчиков генераторной схемы резания резьба нарезана на цилинд-
ре Заборная часть образована путем затылования шлифованием ко-
нуса по наружной поверхности с углом уклона ф (рис 1.60, а). Мет-
чики профильной схемы резания имеют полнопрофильную резьбу,
образованную на конусе заборной части, т.е. на заборной части резь-
ба коническая с углом уклона <р (рис. 1.60, б) У метчиков комби-
нированной схемы резания заборная часть сочетает элементы пер-
вой и второй конструкций (рис. 1.60, в).

Рис 1 60 Схемы резания (слева) и форма заборной части (справа) метчика*
а — генераторная; б — профильная, в - - комбинированная, г -- генератор-
ная, искаженная при нарезании резьбы методом самоза!Я1ивания
По профильной и комбинированной схемам резания (рис. 1.60, б, в)
работают конические метчики с углами ф (рис. 1.60, б) и фк (рис. 1.60, <?),
равными углу уклона нарезаемой резьбы. В метчиках для цилиндри-
ческих резьб могут использоваться все три схемы резания.

Генераторные метчики получили наиболее широкое распрост-
ранение при нарезании цилиндрических резьб, так как они просты в
изготовлении и работают в более благоприятных условиях. Основную
работу резания выполняют главные (вершинные) режущие кромки аЬ,
с<1 и е/, расположенные на образующей заборного конуса. Генератор-
ную схему резания можно видоизменить так, чтобы каждый режущий
зуб метчика срезал слой металла не по всей ширине впадины резьбы,
а только на половине ширины, но с удвоенной толщиной. Такую схему
резания называют прогрессивной. Она обеспечивает уменьшение
крутящих моментов и применяется только при нарезании крупных
резьб, в основном трапецеидальных. На главных режущих кромках
метчика в этом случае вышлифовывают уступы в шахматном поряд-
ке от зуба к зубу в обход по винтовой линии.

Профильные и комбинированные метчики в производстве
сложнее, режут полным профилем. Вершинные и боковые режущие
кромки метчиков выполняют приблизительно одинаковую работу ре-
зания. Встречные потоки стружки усложняют ее деформацию, отвод
и размещение в канавках. В результате — большие крутящие момен-
ты и выше шероховатость поверхностей резьбы, нарезанной в вязких
металлах. Поэтому используются они для нарезания цилиндрических
резьб крайне редко (только для резьб повышенной точности в хрупких
материалах, таких, как чугун и бронза).

Пониженная точность резьбы, нарезанной генераторными метчи-
ками методом самозатягивания, вызвана осевой составляющей силы
резания Ро. Под ее воздействием на опорных боковых кромках Ьк,
(1т, /п метчика (рис. 1.60, а) возникают большие давления, кромки
внедряются в материал боковых сторон только что образованных
витков резьбы и снимают с них дополнительную стружку. Закон вин-
тового движения метчика нарушается: за один оборот он перемеща-
ется на величину, меньшую шага резьбы. Реальная схема резания
приобретает вид, изображенный на рис. 1.60, г. Искажается профиль
резьбы. Впадина резьбы становится шире (В>В), а ее средний диа-
метр — больше среднего диаметра резьбы метчика. Это явление
называют разбиванием резьбы по среднему диаметру. Чем боль-
ше разбивание, тем больше разброс размеров резьбы в партии наре-
занных деталей и ниже точность резьбонарезания. Боковое резание в
указанных условиях осуществляют не только опорные кромки зубьев
заборной части метчика, но и опорные кромки калибрующей части
Наибольшее разбивание наблюдается на первых витках резьбы
(меньше опорных кромок воспринимает силу Ро), в результате чего
резьба по среднему диаметру становится конической или корсетной.

Сила перемещения шпинделя сверлильного станка при нарезании
резьбы самозатягиванием направлена в сторону Ро и приводит к
усилению отмеченных явлений.

Профильные и комбинированные метчики в условиях работы
самозатягиванием также отстают по шагу и осуществляют допол-
нительное боковое резание, но толщина дополнительного бокового
среза меньше расчетной толщины а' теоретической схемы резания
(см. рис. 1.60, б, в). Поэтому осевые силы очень слабо влияют на
искажение впадины резьбы и разбивание.

Уменьшить разбивание резьбы от воздействия осевой силы при
нарезании резьбы по генераторной схеме можно путем создания ус-
ловий, когда эта сила воспринимается не опорными кромками метчи-
ка, а специальными элементами конструкции метчика, станка или
приспособления. Кроме того, разбивание уменьшается при уменьше-
нии осевой силы или ограничении режущей способности опорных кро-
мок метчика.

Наилучшие результаты обеспечиваются при нарезании резьбы по
копиру, когда метчику сообщается осевое перемещение, строго со-
ответствующее шагу нарезаемой резьбы (осевая сила воспринима-
ется деталями копира), или при изготовлении передней резьбовой
направляющей части у чистового метчика комплекта (осевая сила
воспринимается резьбой направляющей части).

Осевая сила резания уменьшается в случае правых винтовых
стружечных канавок с со=30° у метчиков для нарезания правой резь-
бы и при выборе соответствующих геометрических параметров
метчика [133, 134; 268].
Ограничение режущей способности опорных боковых кромок мет-
чика достигается уменьшением величины затылования метчика по
профилю (меньше задние углы а, у боковых режущих кромок), изго-
товлением метчиков незатылованными по профилю или затылованны-
ми не на всей ширине пера (осевая сила воспринимается не кромками,
а опорными боковыми площадками резьбы метчика с а^О), затыло-
ванием резьбы метчика по профилю на калибрующей части в обе
стороны от середины пера (при заходе калибрующей части метчика
в отверстие осевая сила воспринимается бочкообразными опорными
площадками 1 боковых сторон зубьев метчика) (см. рис. 1.58, 5).

Уменьшение разбивания резьбы, вызываемого радиальными коле-
баниями метчика от биения шпинделя станка, радиального биения
кромок метчика на заборной части и другими причинами, достигается
уменьшением масштабности этих факторов или ограничением ради-
альных колебаний метчика принудительным направлением его по при-
способлению или нарезаемому отверстию.

Резьбонарезные головки предназначены для нарезания внутрен-
них и наружных резьб и представляют собой как бы сборные конст-
рукции метчиков и плашек, перья которых могут перемещаться в
радиальном направлении и раскрываться на величину, достаточную
для того, чтобы после окончания нарезания резьбы головку не свин-
чивать, а просто снять с детали в осевом направлении.

Поэтому резьбонарезные головки, обладая всеми преимуществами
сборных инструментов, обеспечивают более высокую производитель-
ность резьбообработки и позволяют регулировать размеры.

Принципиальные схемы конструкций резьбонарезных головок пред-
ставлены на рис. 1.61, их называют самооткрывающилшся, так как в
конце нарезания резьбы плашки автоматически утопают (рис. 1.61, а)
или расходятся (рис. 1.61, б—г) для отвода головок в исходное поло-
жение. При подготовке к работе головка закрывается вручную в
случае работы на токарных и револьверных станках. Такие головки
называют невращающимися. У вращающихся головок для токар-
ных автоматов открывание и закрывание головки осуществляется
автоматически.
Рис 1.61, Схемы резьбонарезных головок’ а — для внутренней резьбы
(/ — гребенки, 2 — призма, 3 — корпус), б, в, г — для наружной резьбы с
плашками б — плоскими радиальными, в - тангенциальными,
г — круглыми радиальными (гребенками)

Режущие элементы плашек к головкам для внутренних резьб но
конструкции, способу образования и геометрическим параметрам та-
кие же, как и перья у метчика.

Плашки и гребенки к головкам для наружных резьб представляют
собой резьбонарезные гребенки или резьбонарезные фасонные резцы.
стержневые (см. рис. 1.61, б), призматические (см. рис. 1.61, в) и
круглые (см. рис. 1.61, г) с присущими им геометрическими парамет-
рами и способами их обеспечения.

Нарезание резьбы головками осуществляется в основном мето-
дом самозатягивания, при котором под воздействием осевых сил
происходит подрезание опорных сторон витков нарезаемой резьбы так
же, как и при нарезании метчиками. Только средний диаметр резьбы
нарезаемого болта становится меньше. Конструкция круглых резьбо-
нарезных гребенок позволяет уменьшить подрезание путем ограниче-
ния режущей способности опорных кромок за счет уменьшения
задних углов. Так как ос=агсз1п(К’--х)//? (рис. 1.62), а величина К —
константа головки, то уменьшить угол при вершине а, а одновременно
и боковые задние углы на опорных кромках можно, увеличив х —
превышение кромки гребенки над центром детали. Заточка передней
поверхности под углом X увеличивает значение х в сторону калибру-
ющих ниток, что особенно желательно. Кроме того, угол X совместно
с углом со, который называется углом отвода стружки, направляет

стружку по подаче головки.

Рис 1.62. Геометрические параметры круглой гребенки

Более высокая точность резьбообработки, простота конструкции и
изготовления, а также большее, чем у других типов головок, число
переточек обеспечили головкам с круглыми радиальными гребенками
преимущественное распространение в машиностроении
Резьбонарезные фрезы (дисковые и гребенчатые) предназначе-
ны для фрезерования наружных и внутренних резьб.

Дисковые фрезы являются разновидностью фасонных. Зубья
остроконечные, последовательно смещены относительно друг друга в
осевом направлении. В результате на боковых сторонах фрезы зубьев
в два раза меньше, чем на периферии (рис 1.63, а). Каждый зуб
работает только вершинной и одной боковой кромкой. Нет встречных
потоков стружки. Очень малая толщина среза боковой кромкой уве-
личивается вдвое, уменьшается крутящий момент и повышается
стойкость фрез. Все это благоприятно сказывается на их работе.

Рис 1 63 Дисковая резьбонарезная фреза
а —конструкция фрезы, б — схема работы
На станке фрезу устанавливают под углом подъема резьбы т
(рис. 1.63, б) и сообщают ей вращение (главное движение). Обраба-
тываемая деталь вращается и согласованно перемещается в осевом
направлении на один шаг за полный оборот (движения круговой и
осевой подачи). Дисковые фрезы применяют для нарезания резьб
крупного шага, в основном трапецеидальных, червяков и других
резьб, кроме прямоугольных.

Гребенчатые фрезы — это тоже фасонные фрезы, но с затыло-
ванным зубом. Расположение зубьев кольцевое. В процессе работы
фреза вращается со скоростью резания при одновременном согласо-
ванном вращении и поступательном перемещении заготовки или фре-
зы (рис. 1.64). В начале работы фреза перемещается еще и в ради-
альном направлении до врезания на полную высоту профиля нарезае-
мой резьбы. Полная резьба на детали образуется за 1,25 оборота
заготовки Четверть оборота необходима для исправления профиля
нарезанной резьбы по высоте на участке врезания. Фрезы используют
в основном для остроугольной резьбы небольшого шага. Для нареза-
ния резьб с мелким шагом резьбу на фрезе делают с удвоенным
шагом, но на всех четных зубьях смещают ее в осевом направлении
на величину шага по отношению к нечетным зубьям.

Рис. 1 64 Схема работы гребенчатой резьбонарезной фрезы.
а — при нарезании наружной резьбы, б — при нарезании внутренней резьбы
Резцовые головки для скоростного фрезерования использу-
ют для нарезания крупных, преимущественно наружных резьб ходо-
вых винтов и червяков в крупносерийном и массовом производстве по
методу наружного и внутреннего касания. Их иногда называют го-
ловками для вихревого нарезания резьбы.

Широкое распространение, как более производительные, получили
головки, работающие по методу внутреннего касания. Конструктивно
они представляют собой корпус в виде кольца с установленными в
нем твердосплавными резцами, работающими по схеме рис. 1 65.
Обработка ведется на токарном станке. Деталь закрепляется в цен-
трах. Головка с отдельным приводом устанавливается на суппорте
токарного станка, вращается и вместе с суппортом перемещается в
осевом направлении на шаг резьбы за один оборот детали. Произ-
водительность обработки из-за высокой скорости резания в 2,5—3
раза выше, чем фрезами.

Рис 1 65, Схема резцовой резьбонарезной головки.
а — схема работы, б — конструкция резцов

1.8.2. Резьбонакатные ине!рументы

Получение наружных и внутренних резьб методом холодного плас-
тического деформирования путем выдавливания профиля инструмента
на заготовке из пластичного металла являемся наиболее прогрессив-
ным методом резьбообразования, который характеризуется самой вы-
сокой производительностью, высокой стойкостью резьбонакатных инст-
рументов, пониженным расходом электроэнергии и металла на резьбо-
вые детали, а также высоким качеством обработанных поверхностей:
повышенная прочность и износостойкость, достаточно высокая степень
точности (8—4-я), низкая шероховатость (Яа=1,0—0,2 мкм).

Накатывание резьб на специальных резьбонакатных станках
выполняют роликами и плашками, преимущественно по схемам
рис. 1.66, а на металлорежущих станках — резьбонакатными го-
ловками и раскатниками (бесстружечными метчиками).

Резьбонакатные плашки конструктивно просты. Представляю!
собой плиты шириной, равной длине накатываемой резьбы, с резьбо-
выми нитками под углом т к направлению движения, равным углу
подъема резьбы. Неподвижная плашка обязательно имеет заборную
калибрующую /к и сбрасывающую /с части (рис. 1.66, а). Наиболее
распространенная форма заборной части — полнопрофильная.

Резьбонакатные ролики делают с многозаходной резьбой, при-
чем диаметр и число заходов резьбы выбирают такими, чтобы угол ес
подъема был равен углу подъема резьбы детали. Накатывание резьбы
роликами обеспечивает точность 6—4-й степени, тогда как накатыва-
ние плашками — только 8—6-й. Кроме того, плашками накатывают
резьбы диаметром от 3 до 24 мм, а роликами — от 2 до 60 мм.

Существуют и другие схемы накатывания (см. рис. 1.66). Наибо-
лее производительная из них — планетарное накатывание с тангенци-
альной подачей заготовок (рис. 1.66, г).

Резьбонакатные головки конструктивно повторяют резьбона-
резные с круглыми радиальными гребенками, но вместо резьбонарез-
ных гребенок на подшипниках качения установлены ролики с полно-
профильной резьбой на заборной части. Головки предназначены для
накатывания наружных резьб. Подобные им конструкции можно ис-
пользовать и для накатывания внутренних резьб большого диаметра.

В труднодоступных местах можно использовать тангенциальные
резьбонакатные головки, принципиально представляющие собой двух-
рожковую вилку с накатными роликами на концах рожков. Такая
головка подается на заготовку в радиальном направлении.

Раскатники, или бесстружечные метчики, применяют для
образования внутренних резьб малых и средних размеров, конструк-
тивно похожи на метчик, но без стружечных канавок (рис. 1.67).
Рис, 1 66 Некоторые схемы накатывания резьбы на специальных станках’
— плоскими плашками, б — с радиальной подачей ролика, в — с танген-
циальной подачей заготовок; г — планетарное с тангенциальной подачей
заготовок; д — с продольной подачей заготовок

Рис 1 67 Бесстружечный метчик для образования внутренних резьб
методом пластического деформирования
1.8.3. Резьбошлифовальные инструменты

Это абразивные инструменты, предназначенные для получения
точных резьб шлифованием как после предварительной обработки
лезвийными инструментами, так и без нее, по целой заготовке. Они
представляют собой обычные шлифовальные круги с профилем
впадины шлифуемой резьбы. Круги могут быть одно- и многони-
точными, работающими но схемам фрезерования соответственно
дисковыми и гребенчатыми фрезами. Однониточными кругами
обеспечивается более высокая точность, чем многониточными, но
производительность резьбообработки значительно ниже.

Контрольные вопросы

I Назовите способы образования резьбы.

2 Лезвийные инструменты для образования резьбы. Наиболее произ-
водительные из них.

3 . Элементы конструкции и геометрические параметры резьбовых
резцов, гребенок, метчиков, плашек и фрез.

4 . Разновидности метчиков и плашек.

5 . Схемы резания метчиками и их влияние на точность резьбообра-
ботки.

6 Мероприятия по уменьшению разбивания резьбы метчиками.

7 Резьбонарезные и резьбонакатные головки, области их рациональ-
ного применения.

8 Преимущества резьбонакатывания перед резьбонарезанием.

9 . Разновидности резьбонакатных инструментов и их технологичес-
кие возможности.

1.9. ЗУБОРЕЗНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

1.9.1. Способы нарезания зубчатых изделий

Зубчатые изделия широко используются в конструкциях машин и
приборов. К ним относятся зубчатые колеса и шлицевые валы с
различной формой зуба, звездочки цепных передач и другие подобные
изделия. Нарезание зубьев таких изделий выполняют двумя основны-
ми методами: методом копирования и методом обкатки или огибания.
При методе копирования режущая кромка инс!руменга копи-
рует свои размеры и форму во впадине между зубьями обрабатыва-
емой детали. Вырезание материала из впадины детали совершается
по принципу фрезерования, долбления или протягивания, в зависимо-
сти от чипа инструмента. При этом обрабатываются или все впади-
ны одновременно, или поочередно каждая из них с последующим
поворотом детали на угловой шаг зубьев при переходе к обрабо1ке
новой впадины.

В отличие от метода копирования метод обкатки основан на
использовании принципа работы зацепления, одной деталью ко 10-
рого является режущий инструмент, а второй (сопряженной) —
нарезаемое изделие. Профиль зубьев инструмента представляет
собой огибающую положений обрабатываемого профиля в процессе
взаимной обкатки. Поэтому он совершенно не похож на профиль
впадины обрабатываемой детали. Его размеры совпадают с раз-
мерами нарезаемой впадины только по начальным поверхностям,
по которым происходит взаимное обкатывание без скольжения
детали и инструмента

Обработка зубчатых деталей обкаточными инструмен!ами осу-
ществляется на специальных зубообрабатывающих станках, где, по-
мимо движений взаимной обкатки, режущему инструменту сообщаем-
ся движение резания. Оно может быть вращательным (фрезерование)
и прямолинейным (строгание и долбление). Многие инструмент для
нарезания зубчатых колес имеют свои прототипы среди ранее рас-
смотренных инструментов: резцов, фрез, протяжек. Поэтому геомет-
рические параметры и способы их образования для таких инструмен-
тов в данной главе рассматриваться нс будут.

Из всех зубчатых изделий наибольшее распространение получили
зубчатые колеса эвольвентного профиля, на примере которых будут
рассмотрены вопросы зубообработки и применяемые при этом инст-
рументы.

1.9.2. Зуборезные инструмент ы,
работающие но методу копирования

Инструменты для нарезания цилиндрических колес. Как и
другие инструменты, они могут быть цельными, составными и сбор-
ними, хвостовыми и насадными, быстрорежущими или оснащенными
твердыми сплавами и СТМ.

Дисковые и пальцевые модульные фрезы являются фасонны-
ми фрезами с присущими им параметрами конструкции и геометрии
(рис» 1.68). Дисковые фрезы делают с затылованным зубом, а паль-
цевые — с остроконечным. Профиль зуба фрез эвольвентный и стро-
ится по точкам.

Рис I 68 Модульные фрезы* а — дисковая; б — пальцевая;
в, г — соответствующие им схемы фрезерования

Форма и размеры межзубьей впадины колес зависят не только от
модуля, но и от числа зубьев колеса, так как кривизна эвольвенты
определяется диаметром основной окружности. Поэтому для колеса
каждого модуля и каждого числа зубьев нужна своя фреза. С целью
сокращения количества фрез их комплектуют в наборы, состоящие из
8, 15 или 26 штук для каждого модуля. Отдельную фрезу, входящую
в набор, используют для обработки колес с числом зубьев в опреде-
ленном интервале. Профиль фрезы точно соответствует профилю
впадины колеса с меньшим числом зубьев в интервале. Колеса с
другими числами зубьев этого интервала будут нарезаны с некоторы-
ми погрешностями.

Дисковые и пальцевые фрезы используются в единичном и мелко-
серийном производстве для нарезания прямозубых, косозубых и шев-
ронных колес наружного зацепления. Фрезерование зубьев выполняют
на универсально-фрезерных станках в центрах делительных при-
способлений. Чаще используют дисковые модульные фрезы, допуска-
ющие бульшие подачи. Пальцевые модульные фрезы применяют толь-
ко для нарезания крупномодульных колес, а также колес, которые
нельзя нарезать дисковыми фрезами, а именно шевронных колес и
блочных шестерен. Для повышения экономичности фрезы крупных
модулей делают сборными.

Головки для контурного зубодолбления (рис. 1.69) — это
очень сложные, высокопроизводительные инструменты, предназна-

РазВодяшее кольцо Сводящей кольцо

шестерни

Рис. 1.69 Головка для контурного зубодолбления
ченные для одновременного долбления всех впадин одного конк-
ретного колеса на специальных станках в условиях крупносерийно-
го и массового производства. Режущими в головке являются фа-
сонные стержневые резцы с присущими им геометрическими пара-
метрами и с профилем впадины нарезаемого колеса. Перед нача-
лом каждого рабочего хода сводящее кольцо перемещает резцы к
цен । ру, т.е. осуществляет радиальную подачу резцов. Для устране-
ния трения задних поверхностей резцов об обработанную поверх-
ность при обратном ходе резцы отводятся от детали разводящим
кольцом

Протяжки внутренние и наружные плоские чаще с профи-
лем впадин между зубьями нарезаемого колеса работают но гене-
раторной схеме резания и используются в массовом производстве
прямозубых и косозубых колес внутреннего и наружного зацепле-
ния Характеризуются высокой стойкостью, большим сроком служ-
бы и обеспечивают высокое качество обработанных колес при
высокой производительности.

Инструменты для нарезания конических колес. Круговые
протяжки— комбинированный инструмент для чернового и чис-
тового нарезания конических прямозубых колес в условиях массо-
вого производства на специальных станках. По внешнему виду
круговая протяжка похожа на дисковую фрезу большого диаметра
с набранными на диске блоками зубьев (рис. 1.70). По принципу
работы она является протяжкой с черновыми, переходными и чис-
товыми зубьями, обеспечивающими нарезание каждой впадины
между зубьями колеса за один оборот протяжки. В процессе рабо-
ты протяжка совершает не только вращательное движение, но и
сложное возвратно-поступательное движение вдоль зуба колеса
для обеспечения получения требуемой формы обрабатываемой
впадины. Для образования задних углов зубья протяжки затылова-
ны. как у фасонных фрез.

Черновое нарезание прямозубых колес можно осуществить дис-
ковыми модульными фрезами.
Рис / 70 Круговая протяжка для нарезания прямозубых конических колес

1.9.3. Зуборезные инструмент,
работающие но методу обкатки

Инструменты для нарезания цилиндрических колес

Зуборезные гребенки — наиболее простые инструменты, пред-
ставляющие собой рейку, снабженную передними и задними углами,
которая в процессе обкатки с заготовкой (качение без скольжения на-
чальной окружности нарезаемого колеса по начальной прямой гребенки)
совершает возвратно-поступательные движения, необходимые для осу-
ществления резания (рис. 1.71). Применяются на зубострогальных стан-
ках для нарезания точных колес наружного зацепления с прямыми, винто-
выми и шевронными зубьями. По способу обеспечения геометрических
параметров ребенка не отличается от стержневых фасонных резцов.
Червячные модульные фрезы применяются для нарезания зуб-

чатых колес наружного зацепления с
прямыми и косыми (винтовыми) зубья-
ми на специальных зубофрезерных
станках. Производительность зубооб-
работки выше, чем гребенками, но точ-
ность ниже.

Сами фрезы относятся к группе
фасонных фрез с затылованным зубом
и внешне .представляют собой червяк с

Рис. 171 Схема работы
зуборезной гребенки

прорезанными перпендикулярно к вит-
кам червячной нарезки стружечными
канавками, образующими в пересечении
с поверхностями червячной нарезки ре-
жущие кромки. Такое направление стру-
жечных канавок в отличие от осевого
обеспечивает одинаковые условия реза-
ния обеими боковыми кромками зуба,
так как уЛГ) у них одинаковы (рис. 1.72).
Фреза состоит из зуборезных гребенок,
набранных в корпусе таким образом,
что ее зубья располагаются в теле
витков червячной нарезки с шагом,
равным шагу зубьев гребенки.

Поступательное перемещение гре-

бенки в процессе обкатки воспроизводится вращением фрезы. Кине-
матическая схема обработки приобретает вид: вращение фрезы (глав-
ное движение), вращение заготовки (круговая подача) и перемещение
фрезы вдоль оси нарезаемого колеса (осевая подача). Вращение за-
готовки, согласованное с вращением фрезы, называют еще движени-
ем обкатки. Установка фрезы на станке должна обеспечить совпа-
дение по направлению витков червячной нарезки фрезы и зубьев
нарезаемого колеса.

При профилировании фрез (расчете параметров зубьев) производя-
щая зуборезная гребенка с прямобочным профилем зубьев заклады-
кается в осевом или нормальном к червячной нарезке направлении.
Ни один из этих приближенных методов профилирования не дает
высокой точности, так как боковые режущие кромки фрезы, образу-
ющиеся в результате пересечения винтовой передней поверхности с
винтовыми и к тому же затылованными боковыми поверхностями
витка червяка, не могут быть прямолинейными, повторяющими про-
филь зуборезной гребенки. В итоге получаются ошибки профиля на-
резаемого зуба, бульшие по абсолютной величине при профилирова-
нии по нормальному сечению. Однако в последнем случае создается
небольшое самопроизвольное фланкирование зубьев нарезаемых ко-
лес, что благоприятно сказывается на их работе. Поэтому профили-
рование фрез по нормальному сечению широко используется при кон-
струировании фрез.

Рис, 7.72 Червячная модульная фреза (а) и схема ее работы (б)
Ошибка профиля тем меньше, чем меньше кривизна передней и
задних поверхностей зуба, поэтому фрезы большего диаметра обеспе-
чивают более высокую точность профиля зубьев нарезаемых колес.

Кривизна передних и задних поверхностей фрезы изменяется при
ее переточках по передней поверхности в связи с изменением наруж-
ного с!а и делительного с1 диамегров. Поэтому с целью уменьшения
ошибок зубообработки в период эксплуатации фрез расчетный дели-
тельный диаметр фрезы, необходимый для расчета углов подъема
витков фрезы Р и наклона стружечной канавки со, принимают равным
делительному диаметру не новой, а наполовину сточенной фрезы, т.е.
сточенной на четверть углового шага зубьев.

Червячные модульные фрезы, как и другие виды фрез, оснащают
твердыми сплавами и сверхтвердыми материалами, делают сборны-
ми с механическим креплением неперетачиваемых режущих пластин
или ножей и реек из режущих материалов, а также ножей с напаян-
ными или приклеенными режущими пластинами (рис. 1.73). Все это
повышает экономичность и производительность фрез. Повышение
производительности достигается также и многозаходностью у черно-
вых фрез.

Более экономичны фрезы высокой стойкости и технологичности.
Среди сборных в изготовлении проще фрезы с рейками, зубья кото-
рых не затылуют, а шлифуют на кругло- и резьбошлифовальных стан-
ках в специальных технологических корпусах или в рабочих корпусах
с переустановкой гребенок (рис. 1.73, е). Кроме того, такие фрезы
имеют большее число зубьев, более производительны и допускают
больше переточек, чем затылованные.

Стойкость фрез повышают оснащением износостойкими материа-
лами, выравниванием нагрузки на режущих кромках путем использо-
вания прогрессивных схем резания, увеличением задних углов у боко-
вых режущих кромок за счет остроконечных зубьев и другими ме-
тодами.

Зуборезные долбяки предназначены для обработки прямозубых,
косозубых и шевронных колес наружного и внутреннего зацепления на
специальных зубодолбежных станках. По производительности усту-
пают червячным фрезам, а по точности обработки превосходят их.
Рис. 1.73. Элементы конструкции сборных червячных фрез: а — с осевыми клиньями и торцовыми гайками,
б — с осевыми клиньями, в — с гребенками точной толщины, г — с отдельными вставными зубьями,
д — с клиновидными в радиальном направлении гребенками, е, ж — фрагменты фрез:
е — с обработкой задних поверхностей зубьев круглым шлифованием по гш взамен затылования
и с последующей переустановкой реек для образования ав; ж — оснащение МНП

Р аздел 1 Обзор конструкций режущих инструментов
Внешне долбяк представляет собой шестерню, которая своей на-
чальной окружностью обкатывается по начальной окружности нареза-
емого колеса. Это согласованное взаимное вращение долбяка и заго-
товки — движение обкатки, которое является одновременно и движе-
нием круговой подачи. Для обеспечения резания долбяк совершает
возвратно-поступательные движения: движение вниз — главное дви-
жение со скоростью резания, и движение вверх — холостой ход, во
время которого заготовка отводится от долбяка в радиальном направ-
лении для устранения трения его задних поверхностей о заготовку.
Перед началом рабочего хода заготовка опять подводится к долбяку.
Кроме того, в начальный период процесса долбяку сообщают ради-
альную подачу врезания на полную глубину межзубьей впадины наре-
заемого колеса. Схема зубодолбления при обработке прямозубого
колеса приведена на рис. 1.74.

Рис 1,74, Схема работы зуборезного долбяка при нарезании колес
наружного (а) и внутреннего (б) зацепления

Передний ув и задний ав углы (рис. 1.74) получают шлифованием
передней и задней поверхностей на конус. Боковые поверхности зуба
долбяка образуются путем непрерывного увеличения смещения ис-
ходного контура рейки к оси долбяка при перемещении от переднего
к заднему торцу. Это создает задние боковые углы аб и сохраняет
профиль зуба долбяка при его переточках но передней поверхности.
Боковые стороны зубьев долбяка в этом случае не только эвольвент-
ные, но и винтовые, левые для правой стороны зуба и правые для
левой, если смотреть со стороны передней поверхности. Сам дол-
бяк, таким образом, можно представить как совокупность элемен-
тных корригированных колес с бесконечно тонкой шириной обода
с переменной величиной смещения исходного контура рейки.
Положительное смещение (от оси долбяка) у переднего торца не-
прерывно переходит в отрицательное у заднего торца В некотором
сечении, перпендикулярном к оси долбяка, смещение исходного кон-
тура рейки равно нулю. Это сечение называют исходным или рас-
четным. В нем — расчетное значение делительного диаметра дол-
бяка, а параметры зуба долбяка соответствуют параметрам впади-
ны нарезаемого колеса. Для удобства измерения все параметры
долбяка пересчитывают на переднюю плоскость, кроме диаметра
основной и делительной окружностей, которые постоянны по всей
высоте долбяка.

Взаимосвязь между боковыми передним у6 и задним аб углами и
углами при вершине долбяка ув и ав определяется уравнениями*

1ёУ6х^1ёУЛ'пах’ С1-23)

1§а6х=1§а851па^, (1.24)

где ах — угол давления в рассматриваемой точке х режущей кромки.

По типу нарезаемых колес различают прямозубые и косозубые
долбяки для нарезания прямозубых и косозубых колес соответствен-
но. По конструкции присоединительной части долбяки разделяют на
дисковые, чашечные, втулочные и хвостовые (рис. 1.75). Наиболее
экономичные из них — дисковые долбяки. Чашечные долбяки исполь-
зуются для нарезания колес в упор, когда оправка, выступающая за
переднюю поверхность дискового долбяка, мешает работе. Втулоч-
ные и хвостовые долбяки — это долбяки малых диаметров, применя-
емые для нарезания мелкомодульных колес и колес внутреннего за-
цепления малого диаметра.
Для повышения экономичности долбяки крупных модулей делают
сборными, а для повышения производительности — комбинированными,
с черновыми и чистовыми зубьями для обработки одного или нескольких
колес одновременно, оснащают твердыми сплавами (рис. 1.75).

Рис 1 75 Зуборезные долбяки а— дисковый; б — чашечный, в — втулоч-
ный, г — хвостовой, д — сегментный; е — с напайными твердосплавными
пластинами; ж — с механическим креплением твердосплавных пластин

Резцы для зуботочения по внешнему виду похожи на косозубые
долбяки. В процессе работы они совершают обкаточное движение при
перекрещивании осей резца и нарезаемого колеса и осевое перемеще-
ние. Резание обеспечивается относительным скольжением профилей
нарезаемых зубьев и зубьев резца, которое наблюдается в процессе
зацепления винтовых колес с перекрещивающимися осями. Движение
обкатки и осевое являются движениями подач круговой и осевой соот-
ветственно

Шеверы принадлежат к отделочным инструментам для чистовой
обработки прямозубых и косозубых колес. Наибольшее распростра-
нение получили дисковые шеверы в виде цилиндрического колеса с
винтовыми зубьями, на боковых сторонах которых выполняют
поперечные канавки для образования режущих кромок (рис 1.76).
В процессе шевингования происходит плотное двухпрофильное зацеп-
ление двух колес с перекрещивающимися осями — обрабатываемого
колеса и шевера. Большое относитель-
ное скольжение профилей зубьев в за-
цеплении такой пары является при ше-
винговании движением резания. Каса-
ние профилей зубьев колеса и шевера
точечное, и для обеспечения возмож-
ности обработки зубьев по всей длине
шеверу, помимо вращения, сообщается
перемещение вдоль оси колеса.
Обрабатываемое колесо получает вра-

щение от шевера. В процессе этого ?ис ? ^уб дискового шевера
метода шевингования, называемого нормальным, контакт между
зубьями шевера и колеса перемещается только вдоль зуба заготовки,
а не по ширине шевера. Для увеличения стойкости шевера и более
полного использования его кромок рабочую зону желательно переме-
щать вдоль зуба шевера. Это достигается при использовании других
методов шевингования: диагонального или тангенциального Кон-
струкция шевера для тангенциального шевингования несколько видо-
изменяется [6].

Для повышения производительности с одновременным упроще-
нием схемы шевингования применяют шеверы с облегающим зу-
бом, создающие линейчатый контакт сопряженных профилей при
обработке.

Реечные шеверы, представляющие собой рейку, набранную из от-
дельных зубьев с поперечными канавками для образования режущих
кромок, используют довольно редко.

Шеверы для мелкомодульных колес делают со сквозными ка-
навками поперек зуба, так как их сложно или невозможно выпол-
нить по рис. 1.76.

Инструменты для нарезания конических прямозубых колес

Парные зубострогальные резцы предназначены для чернового
и чистового нарезания зубьев колес на специальных зубострогальных
станках. Процесс обработки основан на принципе зацепления нареза-
емой заготовки с плосковершинным производящим колесом. Если в
процессе взаимной обкатки начального конуса заготовки по начальной
плоскости производящего колеса зубьям последнего сообщить возврат-
но-поступательные движения, то они своими торцовыми режущими
кромками обеспечат вырезание материала из межзубых впадин заго-
товки. В реальной схеме обработки (рис. 1.77) только два смежных
зуба производящего колеса заменены парными резцами (рис. 1.78),

Рис. 1.77 Схема обработки прямозубых конических колес
на зубострогальном станке
совершающими возвратно-поступательные движения и движение об-
катки, вращаясь вместе с люлькой, имитирующей производящее коле-
со. В процессе обработки обкатка делается в пределах одного зуба,
после обработки которого вся система занимает исходное положение
для обработки следующего зуба. Возвратно-поступательное движе-
ние резцов является главным движением, а движение обкатки —
движением подачи.

У каждого резца только одна боковая профилирующая кромка с
углом профиля а, равным углу зацепления. Передний угол резца об-
разуется заточкой (рис. 1.78), а задний — установкой (см. рис. 1.77),
как у призматических фасонных резцов.

Рис 1.78. Зубострогальный резец для нарезания прямозубых конических колес

Парные фрезы (рис. 1.79) являются более производительными
инструментами, чем зубострогальные резцы. Обработку зубчатых
колес они совершают по тому же принципу, что и зубострогальные
резцы, с той лишь разницей, что два смежных зуба производящего
колеса заменены не резцами, а вращающимися фрезами сборной кон-
струкции. Вставные резцы для образования задних углов затылуют.
Передние углы у резцов получают заточкой передней поверхности.
Таким образом, эти фрезы являются фасонными фрезами сборной
конструкции с затылованным зубом.

Инструменты для нарезания конических колес с круговы-
ми зубьями. Резцовые головки по конструкции представляют собой
фасонные фрезы с затылованными зубьями, расположенными на тор-
це (рис. 1.80). Профиль зубьев в нормальном сечении соответствуеп
профилю зубьев производящего плоского колеса.

Рис 1 79 Фреза для нарезания прямозубых конических колес

Рис. 1.80 Двусторонняя резцовая головка
для нарезания конических колес с круговым зубом
В зависимости от назначения головки подразделяются на односто-
ронние и двусторонние. Односторонние головки снабжены или наруж-
ными резцами для нарезания вогнутой стороны зуба, или внутренними
резцами для нарезания выпуклой стороны. Двусторонние головки де-
лают с чередующимися наружными и внутренними резцами для од-
новременной обработки зуба с обеих сторон (рис. 1.80).

Кинематическая схема обработки такая же, как и колес с прямым
зубом. В процессе взаимной обкатки обрабатываемой заготовки на-
чальным конусом но начальной плоскости плоского производящего
колеса с круговым зубом резцы вращающейся резцовой головки пе-
ремещаются вдоль зуба производящего колеса и вырезают межзубью
впадину на заготовке (рис. 1.81).

Рис /. 81 Схема нарезания резцовой головкой конического колеса с круго-
вым зубом: / — плоское производящее колесо; 2 — центр плоского колеса,
3 — резцовая головка; 4 — зуб головки; 5 — заготовка, 6 — червяк
Червячные конические фрезы относятся к группе фрез с заты-
лованным зубом с параметрами на рис. 1.82. Профиль зуба в нор-
мальном сечении прямобочный, шаг зубьев вдоль образующей конуса
постоянный.

Рис I 82 Червячная фреза для нарезания конических колес с круговым
зубом а — конструкция фрезы; б — схема изменения толщины зубьев

Фрезы используются на специальных станках и являются до неко-
торой степени универсальными инструментами. Одной фрезой опре-
деленного модуля можно нарезать колеса с любым числом зубьев.
Эта особенность конических фрез в отличие от резцовых головок
позволяет использовать их в условиях мелкосерийного производства.
/

Принцип профилирования основан на обкатывании заготовки началь-
ным конусом по начальной плоскости производящего колеса с круговым
зубом. Для реализации этого принципа фрезу и заготовку необходимо
расположить таким образом, чтобы со стороны обработки образующая
начального конуса фрезы 2 и начального конуса заготовки / лежали в
плоскости 3 производящего колеса 4 (рис. 1.83) Ось фрезы и ось
заготовки должны скрещиваться под таким углом, чтобы в зоне профи-
лирования зубьев заготовки
(точка пересечения обра-
зующих начальных конусов
фрезы и заготовки, точка А)
направление червячной на-
резки фрезы совпадало с
направлением нарезаемого
зуба. Затем, как и при наре-
зании цилиндрических ко-
лес, фрезе и заготовке со-
общается согласованное
вращение: за один оборот
фрезы заготовка поворачи-
вается на один зуб. Эти
движения обеспечивают
профилирование нарезае-
мых зубьев только в одном
поперечном сечении колеса,
проходящем через точку А,
точку пересечения образу-
ющих начальных поверхно-
стей фрезы и заготовки.
Для полной обработки всего

зуба витки червячной нарезки фрезы перемещают вдоль зуба колеса.
Для этого в случае фрезерования прямозубых цилиндрических колес
фрезе сообщают перемещение вдоль оси заготовки. При нарезании
конических колес с круговым зубом перемещение фрезы вдоль зуба
нарезаемого колеса обеспечивается тем, что люлька станка (произво-
дящее колесо) вместе с установленной в ней фрезой медленно повора-

Рис 1 83 Схема нарезания червячными
фрезами конических колес с круговым
зубом
чивается вокруг своей оси с одновременным дополнительным поворо-
том заготовки, имитирующим обкатывание ее начального конуса по
начальной плоскости производящего колеса. При этом сечение профи-
лирования перемещается от одного торца заготовки к другому, и роль
профилирующих зубьев поочередно выполняют все новые и новые
зубья фрезы вдоль образующей ее начального конуса, так как точка
профилирования А перемещается от одного торца фрезы к другому.
Вследствие разной толщины зубьев фрезы вдоль делительной прямой
(рис. 1 82) зубья у торцов нарезаемого колеса получаются тоньше, что
благоприятно сказывается на работе колес и облегчает их монтаж
(менее опасны перекосы).

Инструменты для обработки червячных колес

Червячные фрезы для нарезания червячных колес относятся к
группе фасонных фрез с затылованным зубом. От червячных фрез
для нарезания цилиндрических колес отличаются тем, что являются
сугубо специальными. Число заходов, форма и размеры зубьев и все
диаметры фрезы, кроме наружного, такие же, как и у червяка, кото-
рый будет работать в паре с нарезаемым колесом. Наружный диа-
метр фрезы больше наружного диаметра червяка на удвоенную вели-
чину радиального зазора в червячной паре плюс запас на уменьшение
диаметра фрезы при переточках.

Фрезы используются на зубофрезерных станках, осуществляя об-
работку колес с радиальной (рис. 1.84, б) или тангенциальной
(рис. 1.84, а) подачей. В последнем случае фреза имеет заборный
конус (рис. 1.84, в), исключающий перегрузку зубьев, вступающих в
работу первыми. Заборный конус могут иметь и фрезы для цилиндри-
ческих колес большого диаметра, когда по расчету требуется длинная
фреза, которую нерационально или сложно изготовить. Тогда делают
фрезу короткой и со стороны ее захода образуют заборный конус.

Летучие резцы — это однозубые червячные фрезы, работающие
с тангенциальной подачей и конструктивно представляющие собой
оправку со вставленным в нее фасонным стержневым резцом с про-
филем зуба червячной фрезы. Инструмент очень дешевый, но обес-
печивает низкую производительность обработки. Его применяют
только в случае единичного и мелкосерийного производства червяч-
ных колес, например при ремонте редукторов.
Рис 1 84, Схемы нарезания червячных колес а — с тангенциальной подачей,
б — с радиальной подачей; в — заборный конус тангенциальных фрез

Червячные шеверы применяются для чистовой обработки чер-
вячных колес и представляют собой сопряженные с ними червяки. На
боковых сторонах зубьев таких червяков прорезают стружечные ка-
навки, как и у шеверов других типов.

Контрольные вопросы

1. Способы нарезания зубчатых изделий и применяемые при этом
инструменты.

2. Наиболее производительные инструменты для нарезания цилинд-
рических зубчатых колес эвольвентного зацепления.

3. Недостатки образования зубьев колес методом копирования.

4. Принципиальные отличия червячных фрез для нарезания червяч-
ных колес от червячных фрез для цилиндрических зубчатых колес.

5. Способы образования зубьев конических колес и применяемые при
этом инструменты.
6. Наглядное представление о кинематике резания и форме инстру-
ментов для нарезания зубьев конических колес.

7. Почему дисковыми и пальцевыми модульными фрезами конкрет-
ного модуля нельзя нарезать колеса с любым числом зубьев этого
же модуля?

1.10. КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

1.10.1 ' Определение, назначение,
эффективность и область применения

Комбинированным называют инструмент, в одном корпусе кото-
рого объединены несколько обычных (единичных) инструментов. Он
предназначен для одновременной или последовательной обработки
нескольких поверхностей. В результате его производительность очень
высокая, особенно при совмещенной обработке нескольких поверхно-
стей. Известны расточные головки для одновременной обработки
двенадцати и более поверхностей. Точность обработанных поверхно-
стей и точность их расположения относительно друг друга также
выше, чем обработанных нормальными единичными инструментами,
потому что обработка выполняется с одной установки детали и зави-
сит только от точности самого инструмента и явлений, сопровожда-
ющих процесс резания. Погрешности установочных и рабочих пере-
мещений механизмов и узлов станка на нее не влияют.

Казалось бы, что такие инструменты нужно использовать как
можно шире. Тем не менее это не так. Стоимость комбинированных
инструментов в несколько раз выше, чем единичных, входящих в их
конструкцию в связи с тем, что они сложнее и менее технологичны.
Кроме того, эти инструменты — специальные и изготавливаются
единично и мелкосерийно, а не массово, что также повышает их
стоимость. Поэтому комбинированные инструменты предназначены
для массового производства, основанного на использовании станков-
автоматов, универсальных или специальных станков, типа агрегатных.
Даже в этих условиях по причине дороговизны комбинированные ин-
струменты используются только тогда, когда они крайне необходимы.
Так, например, при оснащении токарного автомата или полуавтомата
для обработки конкретной детали стандартными инструментами мо-
жет оказаться, что недостает одного шпинделя станка. Задачу эту
можно решить путем переноса обработки заготовки недостающим
инструментом на другой станок или путем использования комбиниро-
ванного инструмента. Второй вариант чаще всего бывает экономи-
чески более выгодным. Аналогичная картина и с такими же послед-
ствиями может быть при переналадке или проектировании агрегатных
станков, собираемых из нормальных агрегатов с заранее запроектиро-
ванным числом шпинделей.

В связи с увеличением использования станков с ЧПУ область
применения таких инструментов постоянно сужается, хотя сама идея
широкого использования комбинированных инструментов остается.
Однако ее реализация должна быть основана на принципе создания
модульных конструкций комбинированных инструментов, быстро со-
бираемых из массово изготавливаемых стандартных модулей. Неко-
торые достижения в этом направлении уже имеются, особенно при
создании расточных инструментов.

1Л0.2. Разновидности комбинированных инструментов

Комбинированные инструменты могут быть двух принципиально
разных видов:

а) комбинации инструментов, работающих с одинаковыми элемента-
ми режима резания. Это, как правило, комбинации однотипных
инструментов;

б) комбинации инструментов, работающих с разными элементами
режима резания (в основном комбинации разнотипных инстру-
ментов).

Большинство комбинаций однотипных инструментов, например свер-
ло-зенкер (рис. 1.85, а), сверло-многоступенчатый зенкер (рис. 1.85, б),
многоступенчатая развертка (рис. 1.85, д), расточная головка (рис. 1.85, е)
и ряд других, позволяют вести одновременную обработку нескольких
поверхностей. Комбинации разнотипных инструментов, например свер-
ло-развертка (рис. 1.85, в), сверло-метчик (рис. 1.85, г) и другие, могут
работать только последовательно: сначала сверлить, а затем разверты-
вать отверстие или нарезать резьбу. Поэтому первый вид инструментов
является более производительным и более удобным в эксплуатации, в
том числе и в переточках, так как затупление составляющих инстру-
ментов наступает, как правило, одновременно.
Рис 1 85. Комбинированные инструменты* а, б — сверло-зенкер;

в — сверло-развертка; г — сверло-метчик; д — сдвоенная развертка,
в — расточная головка или комбинированный зенкер, ж — комбинирован-
ный резец; з — круглошпоночная протяжка; и — червячная фреза-шевер
Однако провести четкие границы по свойствам невозможно Ряд
комбинаций однотипных инструментов может выполнять работу толь-
ко последовательно. Примерами могут служить комбинированный
резец (рис. 1.85, ж), комбинированная протяжка для обработки цилин-
дрического отверстия и паза (рис. 1.85, з), червячная фреза-шевер для
обработки зубьев червячных колес (рис. 1 85, и} и др.

Комбинированные инструменты, как и нормальные, могут быть
быстрорежущими и твердосплавными, хвостовыми и насадными,
цельными, составными и сборными, с механическим креплением ре-
жущих пластин, в том числе многогранных нсперетачиваемых, а так-
же с напаянными и приклеенными пластинами и т.д Их классифика-
ция, как и классификация нормальных инструментов, может быть
выполнена по тем же признакам.

Более современными следует считав инструменты с механичес-
ким креплением многогранных неперетачиваемых пластин или резцо-
вых вставок с такими пластинами.

Контрольные вопросы

1. Преимущества и недостатки комбинированных инструментов

2. Области рационального применения комбинированных инструментов.

3. Разновидности комбинированных инструментов.

4. Наиболее эффективные сочетания стандартных инструментов в
консгрукциях комбинированных

1Л1. АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

1.11.1. Назначение и форма абразивных инструментов

Абразивные инструменты представляют собой твердые тела опре-
деленной формы, состоящие из зерен абразивных материалов, скреп-
ленных между собой связкой. Они используются для черновой, чис-
товой и отделочной обработки с точностью до 5-го квалитета и
шероховатостью обработанных поверхностей с Ка до 0,02 мкм.

Абразивные инструменты изготавливают в виде кругов, головок,
сегментов, брусков и шкурок различной формы (рис 1 86). Круги,
головки и сегменты применяют для выполнения шлифовальных работ
и поэтому часто называют шлифовальными кругами, шлифоваль-
ными головками и шлифовальными сегментами
5ЛГ БПкр БКр 5Т БЛ БМ

Рис, 1 86 Виды абразивных инструментов.
а — круги, б — головки; в — сегменты, г — бруски

Абразивные бруски используют для ручной обработки, а также
для отделочных видов машинной обработки — хонингования и супер-
финиширования.

Шлифовальные шкурки представляют собой ткань или бумагу с
наклеенными на них абразивными зернами. Ими осуществляют поли-
рование, а также размерную обработку сложных поверхностей.

Абразивные порошки и пасты — это свободные абразивные зерна,
применяемые для притирочных и доводочных работ.

1Л1.2. Компоненты и характеристики
абразивных инструментов

Связка абразивных кругов. Шлифовальные круги из электро-
корунда и карбида кремния выпускают на керамической, силикат-
ной, магнезиальной (неорганические), бакелитовой, вулканитовой и
Раздел 1 Обзор конструкций режущих инструментов
глифталевой (органические) связках, которые во многом определяют
работоспособность инструмента в конкретных условиях применения.
Из неорганических связок наибольшее распространение получила
керамическая, которая обладает большой теплостойкостью, химической
стойкостью, не боится влаги, хорошо сохраняет профиль инструмента, но
очень хрупкая. На ней изготовляют 90 % всего абразивного инструмента
для всех видов шлифовальных работ со скоростью до 50 м/с.

Магнезиальная связка для инструментов машинного применения
почти не используется, а силикатная, плохо удерживающая абразив-
ные зерна, применяется на операциях, где нагрев обрабатываемых
деталей недопустим.

На бакелитовой связке делают круги для обработки с пониженной
температурой в зоне шлифования, а на глифталевой — инструменты
для отделочных операций.

Вулканитовая связка обеспечивает кругу наиболее высокую проч-
ность и эластичность, но имеет низкую теплостойкость (до 200 °С),
поэтому ее используют для тонких кругов, предназначенных для отрез-
ных работ со скоростью резания до 75 м/с. Кругами на вулканитовой
связке можно выполнять также полирование и чистовое шлифование.

Алмазные круги из-за высокой стоимости алмазов выпускают
составными. Режущий слой в виде кольца толщиной 0,5—3 мм, спрес-
сованного из зерен алмаза и связки, называют алмазоносным слоем
Его закрепляют на рабочей поверхности корпуса из стали, алюминие-
вого сплава или пластмассы. В зависимости от содержания алмазов
различают круги 25, 50, 100, 150, 200 и 250-процентной концентрации,
при этом за 100-процентную концентрацию условно принимается со-
держание 0,878 мг алмаза в 1 мм3 алмазоносного слоя.

Алмазоносный слой делают на органических (Б1, Б2, БЗ, Б4, ТО2,
ТО4, БР, Б156, КБ и др.), металлических (М1, М4, М5, МК, МВ1,
МО 13, МС1, МС6 и др.) и керамических (К1, К2, К5, СК, СТ и др.)
связках, состоящих из связующего вещества и наполнителя. Зерни-
стость наполнителя выбирается на два номера меньше зернистости
алмазного порошка с целью уменьшения его влияния на шерохова-
тость шлифованной поверхности. Наибольшее распространение полу-
чили алмазные инструменты на связках Б1, Б2, БЗ, М1, М5, К1 и К5.
Круги на металлической связке лучше других сохраняют форму,
электропроводны, но быстро засаливаются, поэтому используются
для работы с охлаждением и высокопроизводительной электролити-
ческой заточки твердосплавных инструментов. Круги на керамичес-
ких связках как наиболее пористые позволяют осуществлять обра-
ботку твердосплавных пластинок одновременно со стальным корпу-
сом инструментов (круги на других связках в этих условиях нерабо-
тоспособны). Стеклокерамические связки СК и СТ применяют для
изготовления суперфинишных брусков и других инструментов специ-
ального назначения.

Круги из кубического нитрида бора (элъборовые), так же как и
алмазные, делают составными с нитридобороносным режущим слоем.

Твердость. Характеризуется степенью сопротивления связки вы-
рыванию абразивныых зерен под действием внешних сил. Различаю!
семь степеней твердости кругов: мягкие (М1, М2, М3), среднемягкие
(СМ 1, СМ2), средние (С 1, С2), среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твер-
дые (Т1, Т2), весьма твердые (ВТ1, ВТ2) и чрезвычайно твердые
(ЧТ1, ЧТ2). Желательно, чтобы круг работал в режиме полного само-
затачивания, т.е. в таком режиме, когда по мере затупления абразив-
ные зерна под действием возросших сил резания выкрошиваются
Если это не происходит (круг твердостью выше требуемой), наступа-
ет состояние засаливания круга, т.е. сильного затупления абразивных
зерен и переполнения пор круга стружкой, в результате чего резко
возрастают не только силы резания, понижающие точность обработ-
ки, но и температуры шлифования, приводящие к ожогам поверхности
(изменению структуры и физико-механических свойств поверхности)
и даже к шлифовочным трещинам. В таких случаях для восстановле-
ния работоспособности круга следует путем правки удалить с его
поверхности затупившиеся зерна.

Если круг излишне мягок, то зерна его вырываются еще до на-
ступления затупления, круг при этом изнашивается, теряет свою фор-
му и требует частых правок; производительность шлифования падает.
Поэтому, исходя из конкретных условий работы (размерной стойкости,
производительности, допустимого уровня температур шлифования),
выбирают круги той или другой степени твердости, придерживаясь
Раздел 1 Обзор конструкции режущих инструментов
основного правила, чем тверже обрабатываемый металл^ тем мягче
должен быть шлифовальный круг Обдирочное шлифование выполня-
ется кругами СТ1—СТЗ, получистовое и чистовое — кругами М2—
С2, а шлифование быстрорежущей стали и твердых сплавов — кру-
гами М3—СМ2.

Твердость абразивного инструмента определяют но размерам лун-
ки, выработанной на нем за определенное время струей песка, выб-
расываемого под давлением из специального пескоструйного прибора,
или но размерам лунки от вдавливания стального шарика на прессе
Бринелля или алмазного конуса па приборе ТКН

Зернистость. Влияет на производительность шлифования и шеро-
ховатость шлифованной поверхности. Чем больше размеры абразив-
ных зерен, тем выше производительность, но больше шероховатость
обработанной поверхности.

Структура. Выражает количественное соотношение в нем абра-
зивных зерен, связки и пор. Основой системы структур, состоящей из
13 номеров, является объемное содержание зерен в инструменте С
увеличением номера структуры от 0 до 12 объемное содержание
зерен уменьшается от 62 до 38 %, на 2 % к каждому последующему
номеру Объем пор при этом колеблется от 30 до 40 % Структуры
№ 0—4 называют плотными или закрытыми (рис. 1.87, а),
№ 5—8 — средними (рис. 1.87, б), а № 9—12 — открытыми
(рис. 1.87, в) Чем плотнее структура инструмента, тем лучше он
сохраняет профиль, но интенсивнее забивается стружкой. Поэтому
чем вязче и мягче обрабатываемый металл, тем большим должен
быть номер структуры круга. Для скоростного шлифования использу-
ют высокопористые круги №9—12 с уменьшенным содержанием
связки. Они лучше самоочищаются от стружки. Для шлифования
периферией круга и заточки быстрорежущих инструментов выбирают
круги 5-й и 6-й структур, для плоского шлифования торцом круга,
отрезки и шлифования твердых сплавов — структуры 7, 8 и 9, а для
фасонного шлифования — 3 и 4.

Дисбаланс шлифовального круга. Он является следствием не-
одинаковой плотности материала в объеме круга, отклонения формы
наружной поверхности, эксцентриситета отверстия, погрешностей ус-
тановки круга на станке и других причин. Чем он меньше, тем мень-
ше износ круга, выше точность обработанной поверхности и меньше
износ шпиндельного узла станка.

Рис 1 87 Структуры шлифовальных кругов: а — плотная; б — средняя;
в — открытая, 1 — зерна абразива; 2 — связка, 3 — поры

Абразивная способность инструмента. Это его режущая спо-
собность. Чем она выше, тем больший объем металла может быть
сошлифован в единицу времени при всех прочих равных условиях.

Контрольные вопросы

1. Назначение, разновидности и технологические возможности абра-
зивных инструментов.

2. Компоненты абразивных инструментов.

3. Характеристики абразивных инструментов.
1.12. ИНСТРУМЕНТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
МАШИНОСТРОЕНИЯ

1.12.1. Режущие инструменты

Общие требования к этим инструментам такие же, как и к инст-
рументам общего назначения, и критерий оптимальности их конструк-
ции такой же. Некоторые дополнительные требования вызваны осо-
бенностями свойств автоматизированных производственных систем и
особенностями их функционирования, главными из которых являются:
1) высокая стоимость технологического оборудования.

2) высокая точность обработки, допускаемая оборудованием;

3) «беспризорность» режущего инструмента;

4) быстрая смена объекта производства на автоматизированных си-
стемах из станков с ЧПУ

Высокая стоимость технологического оборудования требует ин-
тенсификации его использования, чтобы уменьшить долю стоимости
оборудования, перенесенную на обработанные детали Это возможно
за счет повышения производительности инструмента, а также сокра-
щения потерь времени на его замену, наладку и подналадку.

Производительность инструмента повышают любыми доступными
методами, изложенными в разделах 2 и 3: увеличением скоростей
резания за счет использования более теплостойких режущих матери-
алов, улучшением режущих свойств инструментов, использованием
прогрессивных схем резания, оптимизацией геометрии и др.

Сокращение потерь времени на замену инструментов проще и
нагляднее проиллюстрировать графом на рис. 1.88 Изложенные на
нем мероприятия в основном понятны без пояснений. Остановимся
лишь на части из них, которая нс нашла более подробного описания
в последующих разделах работы.

Позиция 8. Инструменты с обновляющейся режущей кромкой.
Это инструменты, не имеющие вершин, например, резец на рис 1.89.
Круглая режущая пластина 1 удерживается на державке 3 резца под-
пружиненным штоком 2 Во время резания в работе участвует только
небольшая часть кромки пластины. После окончания резания суппорт
4 станка с резцом отходит в исходное для работы положение «И»
Рис 1 88 Методы сокращения потерь времени,

связанных с работой инструмента
Пластина 1 находит на обрезиненный ролик 5, который свободно пово-
рачивается. При переходе суппорта из исходного положения «И» в
рабочее «Р» режущая пластина опять касается ролика 5, но храповой
механизм 6 удерживает ролик 5 ог проворота. Поворачивается на
некоторый угол а режущая пластина, и в работу вступает свежий
участок режущей кромки. Так постепенно используется вся длина
кромки, стойкость резца значительно повышается. Аналогично можно
повысить стойкость чистовых проходных резцов типа прорезных с
длинной, наклоненной под углом XX режущей кромкой Перемещая
резец вдоль кромки, можно значительно повысить его стойкость. Не-
большие осевые передвижки червячных фрез повышают их стойкость
за счет перераспределения нагрузки между сильно- и слабона1ружен-
ными режущими кромками.

Рис / 89 Схема обновления режущей кромки резца с круглой твердосплав-
ной пластиной

Позиция 17. Быстросменный инструмент. Это важно при ручной
замене инструмента. Стержневые инструменты (сверла, зенкеры,
метчики, развертки) запираются шариками быстросменного патрона.
Шарики входят в кольцевую выточку на цилиндрическом хвостовике
инструмента или инструментодержателя. Принципиальная схема од-
ного из таких патронов приведена на рис. 1.90, а Быстросменность
резцов 9 можно обеспечить за счет предварительного крепления в
гнездах резцедержателей под пружиненными защелками 10 (рис. 1.90, б).
Окончательное закрепление резцов выполняют силы резания, прижи-
мающие их к базовым поверхностям гнезда резцедержателя.

Рис 1,90 Схемы быстросменного крепления*
а — стержневых инструментов; б— резцов.
/ — шпиндель станка, 2 — корпус быстро-
сменного патрона, 3 — упорная пята;

4 — регулировочный винт; 5 — переходная
оправка; 6 — муфта, 7 — запорный шарик;

8 — установочная гайка, 9 — резец;

10 — фиксатор с тягой; // — пружина

Позиция 18. Автоматическая замена инструмента. На станках с
ЧПУ, имеющих инструментальные магазины с комплектом необходи-
мых для работы инструментов, автоматическая замена инструментов
обеспечивается автооператорами. Тип и конструкция автооператора
зависят от места расположения инструментального магазина [65].
Заменять можно только режущие инструменты или целиком инстру-
ментальные блоки (режущие инструменты вместе со вспомогатель-
ными). На жестких автоматических линиях из агрегатных станков
замена инструментов ручная. Автоматическую замену предусматри-
вают только на станках, которые сдерживают производительность
всей линии, а поэтому работают с высокими скоростями резания.
Стойкость режущих инструментов при этом очень низкая, и без
автоматической замены инструмента просто не обойтись. Замена
инструмента осуществляется во время холостых ходов станка с це-
лью дополнительного сокращения потерь времени.

По конструкции устройства автоматической замены самые разно-
образные (см. работу [3]). Для примера рассмотрим схему одного из
них. Предварительно настроенные на размер резцы I помещают в
магазин 2 (рис 1.91). После затупления резца, а точнее после отра-

Рис 1 91 Устройство автоматической замены резцов

ботки установленного числа циклов (обработки установленного числа
деталей) счетчик циклов подает команду на гидропривод и поршень
4 со штоком 7 перемещается вправо в гидроцилиндре 5. Под дей-
ствием силы тяжести очередной резец из магазина 2 опускается на
загрузочную площадку. Шток 7 поворачивает рычаг 9, перемещая
ползун 6 влево. Упор 10 ползуна выталкивает изношенный резец
вперед. Подпружиненные шарики 12, фиксирующие резец в гнезде
резцедержателя, выходят из щели между головкой регулировочного
винта 13 и контргайкой 11, освобождая резец. Последующее переме-
щение поршня влево толкателем 3 передвигает резец с загрузочной
площадки в мерное гнездо резцедержателя. Новый резец выталкива-
ет затупившийся в сборник изношенного инструмента Ползун 6 с
толкателем 10 под действием пружины 8 возвращаются в исходное
положение, а шарики 12 прижимают регулировочный винт 13 нового
резца к торцу толкателя 3

Позиция 20. Бесподналадочные инструменты. В процессе отлад-
ки автоматической линии определяют положение инструмента, напри-
мер, параметры Ь и //резца или параметры Ь концевых инструментов
(рис. 1.92), при которых обеспечиваются требуемые размеры об-
работанных деталей. Затем с помощью винтов 1 со сферической
головкой, завернутых в тело режущего или вспомогательного инстру-
мента (рис. 1.92), эти параметры получают настройкой в специальных
приспособлениях (рис. 1.93) вне станка, во время работы оборудо-
вания. Для настройки инструментов к станкам с ЧПУ в единичном и
мелкосерийном производстве используют универсальные, обычно оп-

Рис 1.92 Бесподналадочные инструменты, настраиваемые элементами 1
(винт, гайка) на размеры обработки вне станка по координатам ЬпН.
а — токарный резец, б, в — стержневые инструменты, например, сверла,
в переходных оправках
тические приборы. Они состоят из основания, на котором закреплено
устройство для установки настраиваемого инструмента или инстру-
ментального блока. Посадочные места под инструмент такие же, как
и на рабочем станке. Оптическое устройство, визирующее положение
вершины инструмента, перемещается по двум или трем координатам,
отсчитываемым по шкалам с помощью отсчетных микроскопов. Бо-
лее подробно приборы описаны в специальной литературе, например,
в работах [63] и [65]. Настроенные таким образом инструменты не
требуют дополнительной подналадки после установки на станок.

Рис 1,93 Схема приспособления для настройки инструмента
по эталону на размер Ь

Для станков с ЧПУ, допускающих размерную коррекцию, настра-
ивать инструменты на запрограммированный размер не обязательно
Достаточно измерить реальные координаты положения вершины ин-
струмента и на величину их отличия от запрограммированных внести
поправку прямо с пульта управления станком. В гибких производ-
ственных системах коррекция размеров обработки выполняется авто-
матически по результатам измерения обработанных деталей.

Позиция 21. Устройства автоматического регулирования разме-
ров используют в том случае, если режущая стойкость инструмента
выше размерной. Это тот случай, когда по мере затупления инстру-
мента размеры обработанной поверхности детали постепенно
приближаются к одной из границ поля допуска и начинают выходить
за нее, а инструмент физически еще может резать. Такая ситуация
возникает в результате размерного износа инструмента и упругих
деформаций технологической системы, определяющих размер обра-
ботки. Например, при продольном точении вала в результате износа
укорачивается резец и растет упругое взаимное отжатие резца от
детали из-за увеличения сил резания затупившимся резцом, размеры
вала непрерывно увеличиваются и могут выйти за пределы поля
допуска еще до полной потери режущей способности резца. Таким
образом, размерную стойкость инструмента можно определить как
время резания, в течение которого размеры обработки лежат в преде-
лах поля допуска или его части, выделенной на переменную система-
тическую ошибку. В данном случае это ошибка, связанная с затупле-
нием инструмента плюс случайные погрешности обработки. Увели-
чить размерную стойкость можно путем подналадки, в нашем при-
мере перемещением резца к оси детали. Сущность автоматической
подналадки, таким образом, состоит в том, что при подходе размера
детали к одной из границ поля допуска инструмент автоматически
перемещается до тех пор, пока размеры обработки не приблизятся к
противоположной границе поля допуска, т.е. к той, от которой они

начинали свое движение.

Существуют разные кон-
струкции автоматических
подналадчиков: механичес-
кие, электромеханические,
гидравлические, магнито-
стрикционные и дру/ ие, ко-
торые по результатам авто-
матического измерения об-
работанной детали переме-
щают инструмент до обес-
печения заданного размера
детали. Рассмотрим принци-
пиальную схему наиболее
простого из них (рис 1.94).
На суппорте станка 2 по-
средством пружинного па-
раллелограмма укреплен
резцедержатель 3. Профиль-

Рис. 1,94, Механизм для автоматического
регулирования резца на размер
ный кулачок 4 жестко соединен с храповым колесом 5, и оба они
свободно поворачиваются на оси 6, соединенной с суппортом. Обра-
ботанные детали 1 автоматически измеряются специальным прибо-
ром, который в случае выхода размера за допустимые пределы пода-
ет команду на включение соленоида 9. Эта команда подается после
окончания обточки вала, когда суппорт находится в крайнем левом поло-
жении. Соленоид перемещает шток 8 и ставит его на пути скалки 7.
Когда суппорт возвращается в исходное для работы положение (пра-
вое), скалка 7 упирается в шток 8 и смещается влево, поворачивая
через собачку храповое колесо 5, а вместе с ним и кулачок 4 на
некоторый угол. При повороте храповика на один зуб кулачок подает
резцедержатель на 2 мкм. После полного использования профиля
кулачка подается сигнал о необходимости сменить резец и перена-
ладить приспособление. Резец за это время перемещается на боль-
шую величину, до 1 мм.

Позиция 22. Системы адаптивного управления автоматически
исключают переменную систематическую погрешность обработки,
связанную с увеличением силы резания при износе инструмента.
Станки с такими системами позволяют работать с постоянной силой
резания, поддерживая ее уровень путем изменения элементов режима
резания, например, подачи. Достоинство адаптивных систем управле-
ния состоит в том, что они являются элементами конструкции станка
и не требуют создания специальной инструментальной оснастки, а
недостаток — в уменьшении производительности обработки поддер-
жанием на одном уровне силы резания.

Высокая точность обработки, допускаемая станками с ЧПУ,
может быть реализована только точным инструментом. Поэтому
большинство стандартных инструментов для станков с ЧПУ отлича-
ется от инструментов общего назначения повышенной точностью
изготовления. Высокую точность базовых поверхностей и соедини-
тельных элементов должны иметь также и вспомогательные инстру-
менты, которые вместе с точными режущими инструментами образу-
ют точный инструментальный блок. В результате достигается точное
позиционирование инструмента и высокая жесткость инструменталь-
ного блока, позволяющие обеспечить точную обработку детали.
«Беспризорность» режущего инструмента означает то, что на
автоматической линии мало операторов или наладчиков и они не в
состоянии обеспечить наблюдение за работой каждого инструмента.
Поэтому инструменты автоматизированных производств должны об-
ладать высокой надежностью, чтобы если не исключить, то хотя бы
значительно уменьшить простои оборудования из-за непредвиденных
поломок, выкрошиваний, потери стойкости, неудовлетворительной точ-
ности обработки и отказов по другим причинам. Для автоматических
линий наиболее приемлемы инструменты, имеющие вполне конкрет-
ное, гарантированное время безотказной работы. Еще в большей
степени надежность необходима инструментам гибких производствен-
ных систем из станков с ЧПУ, так как они намного дороже авто-
матических линий из агрегатных станков. Мероприятия по повыше-
нию надежности перечислены в поз. 10—15 рис. 1.88.

Понятие «беспризорность» до некоторой степени условно. В насто-
ящее время разработано много различных автоматических устройств,
которые берут на себя функции слежения за состоянием инструмен-
тов и по результатам наблюдения принимаю!' и реализуют необхо-
димые решения. Некоторые примеры будут рассмотрены в дальней-
шем (п.4.5). Хотя автоматические устройства по наблюдению и уп-
равлению работой инструментов и позволяют уменьшить простои
оборудования по вине инструментов, но они дорогие и пассивно вли-
яют на производительность, лишь своевременно устраняя неполадки.
Естественно, что лучшим является активный путь, путь недопущения
неполадок за счет повышения надежности самих инструментов.

Быстрая смена объекта производства в автоматизированных
системах из станков с ЧПУ также накладывает определенный отпе-
чаток на конструкцию режущего инструмента. Режущие инструменты
должны быть стандартными, универсальными, централизованно вы-
пускаемыми на рынок. Изготовление для таких производств специ-
альных инструментов экономически невыгодно, хотя они и обладают
более высокими эксплуатационными свойствами. Естественно, что
появляется соблазн совместить положительные свойства универ-
сальности’и специализации. В этом направлении есть определенные
достижения. Появились конструкции так называемого модульного
Раздел /. Обзор конструкций режущих инструментов
инструмента, когда на основе унифицированных модулей (оправки,
державки, удлинители, переходники разных размеров, режущие встав-
ки) быстро собираются многолезвийные инструментальные блоки для
выполнения конкретных операций. Наибольшие успехи в этом направ-
лении достигнуты при проектировании токарных инструментов. На
рис. 1.95 представлены примеры расточных блоков, а на рис. 2.54 —
гибкая модульная система токарного инструмента.

Рис. I 95 Модульный расточной инструмент: а— фирмы 81Р’
7 — резцовый блок; 2 — переходники; 3 — оправка; б, в — резцовые блоки
бгаЯех. / — резцовая вставка; 2 — микрометрический механизм регулирова-
ния положения резца; 3 — корпус; 4 — шпонка, 5 — хвостовик
1.12.2. Вспомогательные инструменты

Вспомогательные инструменты — это изделия, предназначен-
ные для закрепления режущих инструментов на металлорежущих
станках, оправки, державки, патроны, переходники. Их делали все-
гда, в основном в инструментальных цехах машиностроительных
заводов, потребляющих эти инструменты. Часть инструментов
была унифицирована и стандартизована (некоторые зажимные пат-
роны, конические переходные втулки) и изготавливалась цен-
трализованно, что обеспечивало высокое качество и низкую себе-
стоимость таких инструментов. С появлением станков с ЧПУ тре-
бования к точности и жесткости вспомогательных инструментов
повысились. Кроме того, вспомогательные инструменты стали
выполнять новые для них функции: возможность автоматического
поиска и замены, регулирование положения режущих кромок инст-
рументов, возможность быстрого и экономичного закрепления
режущих инструментов большой номенклатуры (до 200 единиц на
станке). В связи с этим появилась необходимость в систематизи-
рованной инструментальной оснастке. Разработаны система вспо-
могательных инструментов и подсистемы для станков конкретных
типов токарных, фрезерных, сверлильно-фрезерно-расточных и др.
Некоторые из них представлены на рис. 1.96—1.98. Изучение ри-
сунков позволяет установить, что с помощью державок, оправок,
патронов, переходников этих подсистем можно закрепить все ре-
жущие инструменты, необходимые для работы на данных станках
при минимальном количестве вспомогательных инструментов. Та-
кая унификация вспомогательных инструментов обеспечивает воз-
можность организовать их изготовление на специализированных
заводах и обеспечить тем самым высокое качество инструментов
с одновременным снижением их себестоимости.

Конструкция и параметры вспомогательных инструментов приве-
дены в соответствующих стандартах и справочной литературе, напри-
мер, в работах [63—65]. Для выработки представлений некоторые из
них изображены на рис. 2.56, 2.59 и 2.60.
Рис. 1.96. Подсистема вспомогательных инструментов для фрезерных и
многооперационных станков: 1.1—1.3 — оправки для крепления фрез,
14 — цанговый патрон для крепления инструментов с цилиндрическим
хвостовиком; 1.5 — оправка для концевых фрез со специальным хвостови-
ком, 16 — оправка для инструментов с коническим хвостовиком и лапкой;

1.7 — то же, с резьбовым отверстием; 18 — державка для регулируемых
втулок и оправок, 1.9, 1 10 — оправки для расточных резцов; 1 11— оправка
для насадных разверток; 1.12 — оправка для подрезных резцов;

1.13 — расточная головка; 1.14 — цанговый патрон, 1.15 — переходная
регулируемая втулка; 1 16 — оправка для насадных разверток и зенкеров.

1.17 — патрон для метчиков, 1 18 — расточная оправка, 1.19 — оправка для
двурезцовых головок; 1 20 — державка для перовых сверл; 121 — оправка
для дисковых фрез; 1 22 — сверлильный патрон; / 23 — патрон для метчи-
ков; 1 24 — расточной патрон; 1.25 — оправка для насадных разверток.
Вспомогательные инструменты среднего ряда (1 14—1.21) позволяют
регулировать осевой вылет закрепленных в них режущих инструментов
168

Рис. 1.97. Подсистема вспомогательных инструментов с цилиндрическим хвостовиком к токарным станкам:
2.1—2.9 — резцедержатели для обработки наружных поверхностей (с горизонтальными пазами, например,
2 7,2.2 и т.д.) и внутренних ( с вертикальными пазами, например, 2.3,2.5 и др.), 2.10 — переходная втулка для
закрепления инструмента с цилиндрическим хвостовиком; 2.11 — державка для перового сверла, 2.12,2.13,
2.17—2.19 — переходные втулки; 2.14,2.15 — расточные оправки; 2.16 — патрон для метчиков, 1.14, 1.15,
1.18,1.22 — инструменты из подсистемы 7 (рис 1.96)

Шагун В.И Режущий инструмент
»91

Рис 1.98. Подсистема вспомогательных инструментов с базирующей призмой к токарным станкам: 3.1—3.3,
3 5 — резцедержатели, 3 4 — распределитель охлаждающей жидкости, 3 6 — держатель для крепления инстру-
ментов 2 11—2.17 из подсистемы 2 (рис. 1.97); 3 7,3 8 — держатели для крепления инструментов 1.14, 115,
117, 118, 120 из подсистемы 1 (рис. 1.96)

Раздел 1 Обзор конструкций режущих инструментов
Контрольные вопросы

I. Особенности функционирования автоматизированного оборудова-
ния и вытекающие отсюда дополнительные требования к режущим
инструментам.

2. Способы реализации дополнительных требований.

3- Требования к вспомогательной оснастке для станков с ЧПУ.

4. Разновидности вспомогательной оснастки

5. Основные принципы организации подсистемы и системы вспомога-
тельных инструментов.
В, ' ; РАЗДЕЛ 2 ' . '

ПРОЕКПИРОВА11ИЕРЕЖУ111ИХИНСТРУ11Е11ТОВ,

2.1. ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

2.1.1. Цель, задачи и методы проектирования

Цель проектирования — создание конструкции инструмента,
оптимального по критерию минимума приведенных затрат на опера-
ции его использования.

Задачи проектирования — разработка конструкции составных
частей (рабочей, присоединительной, направляющей) путем оптималь-
ных решений по выбору элементов этих частей.

Подробно, конкретно задачи будут изложены ниже в виде алгорит-
ма проектирования. При этом могут быть два принципиально разных
подхода или метода проектирования:
а) аналоговый;

б) компиляционный.

Аналоговый метод проектирования состоит в поиске аналогов и в
создании на их основе лучшей конструкции инструмента путем исполь-
зования лучших решений, заложенных в этих аналогах.

Компиляционный метод проектирования предполагает создание
конструкции из оптимальных, общих для всех инструментов элемен-
юв и методов решения конкретных задач. Это по сути — модульный
метод проектирования, где модулями являются единичные элементы
конструкции (режущий элемент, форма рабочей поверхности, схема
резания и др.) и способы решения отдельных задач (расчет формы
режущего контура, способ отвода стружки и т.д.).

Оба мезода имеют право на существование. Аналоговый метод
проще, надежнее; больше уверенности в работоспособности конструк-
ции, если аналоги прошли производственную проверку. Он наиболее
приемлем для приспособления конструкции к конкретным условиям
работы. Компиляционный метод проектирования позволяет создавать
принципиально новые конструкции, предположительно лучшие по фор-
ме и свойствам. Его недостаток — отсутствие полной уверенности в
том, что без доработок по результатам испытаний инструмент будет
вполне работоспособным. Главное преимущество метода состоит в
юм. чго он более плодотворный.

2Л .2. Алгоритм и диалек гика проектирования

Для уменьшения возможных недоработок и упрощения проектно-
конструкторских работ задачи проектирования целесообразно решать
в определенной последовательности в соответствии с приведенным
ниже алгоритмом.

2Л.2Л. Изучение или разработка технического задания
на проектирование (материал и твердость заготовки, режим и
условия резания, качество обработки и др.)

2Л.2.2. Проектирование рабочей части:

1) выбор режущего материала и способа его закрепления;

2) выбор схемы резания и разработка структурной схемы инстру-
мента;

3) выбор геометрических параметров: формы рабочих поверхностей,
структуры режущего контура (главных, вспомогательных, переход-
ных, зачистных режущих кромок) и углов заточки;

4) выбор способов формирования и отвода стружки из зоны резания;

5) расчет зубьев и тела инструмента на прочность и жесткость;

6) оптимизация шага, размеров и формы зубьев, а также стружечных
канавок инструмента;

7) определение размеров, формы и точности рабочей части и режу-
щих контуров,

8) выбор способов отвода теплоты из зоны резания;

9) окончательная оптимизация конструкции рабочей части но мини-
муму приведенных затрат.

Поэтапную оптимизацию проводят оптимальным решением задач
по указанным пунктам и в случаях присоединения к предыдущему
пункту оптимального решения по последующему, поскольку присоеди-
нение оптимальных элементов по каждой из задач не всегда обеспе-
чивает оптимальную связку (сочетание) или конструктивно невыпол-
нимо.
2.1.2.3. Проектирование присоединительной части:

1) выбор способа присоединения инструмента к станку (подвижность
или неподвижность, быстрота смены, возможность регулирования
размеров, точность, жесткость);

2) выбор формы базовых поверхностей;

3) выбор материала присоединительной части;

4) выбор способа соединения с рабочей частью;

5) расчет присоединительной части на передачу усилия резания, проч-
ность, жесткость и точность базирования.

2.1.2.4. Проектирование направляющей части:

1) оценка необходимости направляющей части;

2) выбор способа направления инструмента в работе;

3) выбор материала направляющей части;

4) выбор места расположения направляющих частей и способа их
соединения с остальными частями инструмента;

5) конструктивное оформление направляющей части.

2.1.2.5. Разработка технических требований:

1) твердости составных частей инструмента;

2) отклонений размеров и точности расположения составных частей,
поверхностей и режущих кромок;

3) шероховатости рабочих, базовых, направляющих и других поверх-
ностей;

4) методов повышения режущей способности и некоторых методов
изготовления, если они являются предпочтительными с точки зре-
ния формирования качества инструмента;

5) методов испытания в работе (при необходимости);

6) указаний о маркировке, консервации, упаковке, хранении и др.

Путь проектирования — не прямой, гладкий и бесконфликтный
Это путь последовательного решения указанных задач, путь движе-
ния вперед и возврата при разрешении противоречий. За каждым
положительным решением надо увидеть отрицательные стороны,
уметь правильно взвесить все «за» и «против», разрешить эти проти-
воречия. Критерий оценки правильности принятых решений — мини-
мум приведенных затрат на операции использования инструмента или
другой, зависящий от поставленной цели.

Создание оптимальной конструкции инструмента возможно при
использовании прогрессивных решений, передовых методов расчета и
проектирования. Нельзя слепо, без предварительной подготовки, без
выяснения сущности использовать приведенные в литературе приме-
ры расчета. Необходимо сначала детально изучить или составить
техническое задание на проектирование, четко представить себе, что
требуется от инструмента и как этого можно достичь. Поэтому перед
началом работы следует детально ознакомиться с объектом проекти-
рования по литературе, затем произвести патентно-информационный
поиск аналогов, проанализировать их с точки зрения оптимальных
решений указанных задач проектирования, принять технически и эко-
номически обоснованные решения и, наконец, разработать план проек-
тных работ. При этом необходимо помнить, что в любой конструкции,
даже самой оригинальной, целесообразно использовать стандартные
элементы, что не только ускоряет разработку и повышает надежность
инструмента, но зачастую определяет саму возможность его исполь-
зования. Прежде всего это относится к выбору размеров и формы
присоединительных частей, формы режущих зубьев, способов крепле-
ния режущих элементов, технических требований но инструментам-
аналогам.

Для синтезирования оптимальной конструкции режущего инстру-
мента из элементов путем последовательного решения задач по алго-
ритму проектирования необходимо иметь представление о разновид-
ностях и свойствах этих элементов, а также подходах к решению
указанных задач. Эти вопросы излагаются ниже. Но прежде всего
надо детально изучить или разработать техническое задание на про-
ектирование.

2.1.3, Техническое задание на проектирование

Подробное техническое задание конструктор-инструментальщик
имеет в случае адресного проектирования при оснащении технологи-
ческого процесса изготовления детали в условиях массового и круппо-
серийного производства. Его выдает инженер-технолог в виде операци-
онной технологической карты, В ней указаны: тип инструмента, станок,
на котором он используется, режим резания (скорость, глубина резания,
подача), характеристика обрабатываемой детали (материал, твердость,
точность и качество обработанных поверхностей). В этом случае рабо-
та конструктора-инструментальщика упрощается. Производительность
обработки задана режимом резания. Поэтому при доработке стандар-
тной конструкции нужного инструмента, адаптации его к конкретным
условиям работы или при проектировании оригинального инструмента
конструктору нет необходимости стремиться к максимальной произво-
дительности. Сравнительно легко обеспечивая заданную производи-
тельность выбором соответствующего режущего материала, конструк-
тор решает только вопросы, связанные с энергоемкостью и экономич-
ностью процесса резания. При этом необходимо проверить, со-
ответствуют ли паспортным значениям размеры сопрягаемых с инст-
рументом мест конкретного, имеющегося в цехе станка, и увязать
конструкцию инструмента с зажимным приспособлением на заданной
операции. Пренебрежение этим правилом может привести к тому, что
инструмент либо не сочленяется со станком, либо его размеры не
позволяют подойти к месту' обработки.

Однако подробное техническое задание конструктор имеет не все-
гда: проектирование инструмента для нового метода обработки, про-
ектирование обезличенного инструмента массового пользования (не-
известно, на каких станках будет использоваться инструмент, в каких
условиях будет работать, из каких материалов и с какой точностью
будут обрабатываться детали). В таких случаях конструктор разра-
батывает техническое задание самостоятельно, ориентируясь на
средние условия работы.

Контрольные вопросы

1. Цель, задачи и методы проектирования.

2. Содержание технического задания на проектирование.

3. Алгоритм проектирования.

4. Содержание технических требований.
2.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ

2.2.1. Выбор режущего материала
и способа его закрепления

В настоящее время инструментальная промышленность распола-
гает многими десятками материалов разных марок, для правильного
выбора которых необходимо хорошо знать свойства материалов, тре-
бования к режущему инструменту в конкретных условиях эксплуа-
тации, а также возможности инструментального цеха по изготовлению
проектируемого инструмента.

Сведения о свойствах и применяемости материалов достаточно
подробно изложены в специальной литературе, но без объяснения
причин подобных рекомендаций. В ситуациях, представляющих ис-
ключение из правил, конструктор ставится в затруднительное положе-
ние. Поэтому целесообразно вскрыть основные причины подобных
рекомендаций и наметить общий методический план выбора режущих
материалов.

Выбор материала осуществляют методом последовательного от-
бора по теплостойкости, прочности, износостойкости, техноло-
гичности, экономичности.

Теплостойкость должна обеспечить заданный уровень скоростей
резания. Чем выше этот уровень, тем более теплостойким должен
быть режущий материал.

Прочность материала определяет его пригодность для оснащения
конкретного инструмента в заданных условиях работы. Например,
ножовочное полотно нельзя делать из твердого сплава или минерало-
керамики — оно сломаегся. Прочность материала должна быть тем
большей, чем ниже жесткость технологической системы, больше
неравномерность нагрузки на инструмент и уровень этой нагрузки, а
также тоньше тело самого инструмента.

Износостойкость наряду с теплостойкостью определяет период
стойкости инструмента, а значит, его долговечность и производитель-
ность. Период стойкости должен быть не менее оптимального. При
этом следует помнить, что стойкость одинаковых инструментов мо-
жет колебаться в широких пределах — от полутора до трех и более
Раздел 2. Проектирование режущих инструментов
раз вследствие неоднородности свойств самого режущего материала,
нарушения параметров технологии изготовления инструмента, особен-
но термической обработки, шлифования и заточки, условий экс-
плуатации инструмента, а также целою ряда других факторов. Это
предопределяет разное содержание оптимального периода стойкости
инструмента. Для инструментов к универсальным неавтоматизиро-
ванным станкам оптимальным должен быть средний период стой-
кости, а для автоматизированного производства — гарантированный,
наименьший, так как для таких инструментов требуется высокая
надежность работы. Случайный выход инструмента из строя на авто-
матических станках и линиях должен быть исключен — большие
потери из-за останова линии для замены инструмента, потерявшего
работоспособность. Инструмент должен гарантировать качественную
работу в течение установленного времени. Поэтому лучшими для
этих условий режущими материалами следует считать те, которые
обеспечат большее значение гарантированного периода стойкости.
Учитывая изложенное, для инструментов автоматизированного произ-
водства прочность режущего материала приобретает важное значе-
ние, в связи с чем оснащенность таких инструментов особенно слож-
норежущих, твердыми сплавами, минералокерамикой, сверхтвердыми
Материалами, значительно меньше, чем для условий неавтоматизиро-
ванного производства.

Из материалов, отвечающих требуемой прочности, тепло- и изно-
состойкости, выбирают тот, который обладает технологичностью,
достаточной для качественного изготовления инструмента в условиях
конкретного инструментального цеха. Это относится прежде всего к
таким операциям, как шлифование, заточка, термическая обработка и
обработка давлением. Например, при недостаточной культуре заточ-
ки следует избегать использования быстрорежущих сталей повышен-
ной теплостойкости, склонных к прижогам в процессе шлифования,
так как их преимущества могут легко потеряться при заточке инст-
румента. Стойкость инструмента с прижогами до трех и более раз
ниже нормально заточенного. По причине прижогов следует избегать
использования сталей с плохой шлифуемостью для изготовления слож-
ных высокоточных инструментов, особенно мелкопрофильных, таких.
как резьбообразующие инструменты с мелким шагом и др» Склон-
ность к выкрошиванию режущих кромок инструмента в работе огра-
ничивает применение трудно поддающихся шлифованию твердых
сплавов и других твердых материалов для оснащения сложнопрофиль-
ных фасонных инструментов.

Самым рациональным оказывается тот режущий материал, кото-
рый после удовлетворения предыдущих требований обеспечит инст-
рументу наиболее высокую экономичность. Казалось бы, это наи-
более дешевый материал. Но это только первое, не всегда верное
впечатление. Сложные, трудоемкие в изготовлении инструменты, в
том числе и работающие с низкими скоростями резания, например,
протяжки, развертки, никогда не делают из самых дешевых сталей.
Даже такие относительно простые инструменты, как ручные ножо-
вочные полотна, экономически выгоднее делать из быстрорежущей
стали вместо углеродистой или низколегированной инструментальной,
удовлетворяющей требованиям теплостойкости, прочности и техноло-
гичности, Износостойкость быстрорежущих полотен в десятки раз
выше износостойкости полотен из углеродистой стали, в связи с чем
увеличивается их общий срок службы и экономичность, хотя они в
несколько раз дороже углеродистых, В еще большей мере это спра-
ведливо для сложных инструментов, характеризующихся высокой
трудоемкостью изготовления.

Экспериментальные исследования, подтвержденные производ-
ственной практикой, выработали достаточно подробные рекомендации
по выбору режущих материалов [13—20; 93—97; 106; 227; 232; 333],
в связи с чем эта задача в значительной мере упрощается. Тем не
менее основные положения данных рекомендаций целесообразно по-
вторить для формирования общего представления о применяемости
режущих материалов.

Инструментальные углеродистые и низколегированные
стали, как режущие, для изготовления машинных инструментов по-
чти не применяются.

Быстрорежущие стали используются для изготовления всех без
исключения режущих инструментов, причем предпочтительнее стали
с малым содержанием дефицитного вольфрама. Для обработки труд-
Раздел 2. Проектирование режущих инструментов
необрабатываемых сталей и сплавов рекомендуются стали повышен-
ной и высокой теплостойкости и дисперсгюнночпвердеющие инст-
рументальные сплавы.

Твердые сплавы применяются для оснащения резцов, кроме дол-
бежных и зубострогальных, сверл, зенкеров, разверток, фрез для ско-
ростной обработки всех материалов, а также для изготовления
протяжек, метчиков и других инструментов, работающих с низкими
скоростями резания, при обработке чугуна, цветных металлов и их
сплавов. При этом сплавы группы ТК используются для обработки
стали и цветных металлов, дающих сливную стружку, а группы ВК —
для обработки чугуна и других хрупких материалов. Кроме того, как
более прочные, сплавы группы ВК наряду со сплавами ТТК применя-
ются для обработки любых материалов в условиях, где требуется
повышенная прочность инструмента. Ими оснащают резцы, работаю-
щие с большим сечением среза и с ударными нагрузками (строгание
и точение прерывистых поверхностей), инструменты, работающие с
относительно низкими скоростями резания (развертки, метчики), ин-
струменты с нежесткими корпусами (сверла, дисковые и отрезные
фрезы), инструменты, работающие в условиях малой жесткости
технологической системы, также некоторые фасонные инструменты,
где быстрорежущая сталь не обеспечивает требуемой скорости реза-
ния, а другие материалы — достаточной надежности из-за частых
случаев скола режущих кромок

Безвольфрамовые твердые сплавы, появившиеся из-за дефи-
цитности вольфрама, хорошо зарекомендовали себя в условиях равно-
мерной нагрузки (получистовая и чистовая обработка) и высокой
жесткости технологической системы. Здесь они не уступают традици-
онным твердым сплавам. Ограничением в применении безвольфрамо-
вых твердых сплавов является их пониженная прочность по сравне-
нию с вольфрамовыми.

Минералокерамика очень дешевый, твердый, тепло- и износо-
стойкий материал, но обладает низкой прочностью. Это относится,
прежде всего к оксидной керамике. Карбидно-оксидная керамика
прочнее. Особенно эффективна при обработке чугунов и закаленных
сталей резцами и торцовыми фрезами с небольшими сечениями среза
и равномерным припуском (получистовая и чистовая обработка).
Оксидная керамика для таких работ непригодна, так как из-за повы-
шенной хрупкости нельзя получить острую, без зазубрин режущую
кромку. Используется для получистовой обрабогки.

Сверхтвердыми режущими материалами (СТМ) оснащают
резцы, торцовые фрезы, расточные пластины, развергки, зенкеры для
работы с небольшими сечениями среза и высокими скоростями реза-
ния, так как прочность таких материалов низкая, но высокая твердость,
тепло- и износостойкость. Алмаз, рубин, сапфир используются для
обработки цветных металлов и твердых неметаллических материалов.
Для обработки черных металлов они непригодны, так как химически
активны к железу (низкая износостойкость при высоких температурах
резания). Черные металлы, особенно высокой твердости, обрабатыва-
ются нейтральными к железу материалами на основе кубическою
нитрида бора, композитами. Возможность получения острой без зазуб-
рин режущей кромки и высокая износостойкость СТМ делают их неза-
менимыми для отделочных работ, где требуется большая размерная
стойкость при работе с высокими скоростями резания.

Способ крепления режущего материала определяет многие
показатели работоспособноеги инструмента: прочность, жесткость,
виброустойчивость, стойкость, производительность и экономичность.

Высокая экономичность предполагает экономию дорогостоящих ре-
жущих материалов при изготовлении инструментов. Из известных спо-
собов экономии быстрорежущих сталей используются следующие:
а) механическое крепление ножей в корпусах из конструкционной ста-
ли (развертки, зенкеры, фрезы диаметром свыше 50—100 мм,
реже резцы крупных размеров для тяжелого машиностроения);

б) приварка рабочей части встык к присоединительной из конструкци-
онной стали (сверла, зенкеры, развертки, протяжки, метчики, резцы
и другие стержневые инструменты диаметром свыше 6—12 мм);

в) наварка пластин быстрорежущей стали на корпусы резцов сечени-
ем свыше 12x12;

г) напайка пластин быстрорежущей стали на корпусы высокотемпе-
ратурными припоями (резцы сечением свыше 12x12, многолезвий-
ные инструменты диаметром свыше 30—40 мм);
д) приклеивание пластин быстрорежущей стали термостойкими клея-
ми взамен напайки;

е) наплавка зубьев многолезвийных инструментов быстрорежущей
сталью; по причине пониженной стойкости таких инструментов из-
за пороков микроструктуры литых сталей этот способ экономичес-
ки оправдывает себя только при восстановлении отработанных
инструментов;

ж) точное литье по выплавляемым моделям мелкоразмерных инстру-
ментов сложной формы, например, концевых фрез; используется
редко из-за пониженной стойкости инструментов по причине поро-
ков микроструктуры литой стали;

з) горячее гидродинамическое выдавливание заготовок разверток,
зенкеров, метчиков и других стержневых инструментов;

и) сварка взрывом для получения биметаллических заготовок протя-
жек, фасонных резцов и некоторых других инструментов.

Инструменты размером меньше указанных делают целиком из
быстрорежущей стали.

Экономия твердых сплавов достигается выпуском режущих эле-
ментов в виде пластин различной формы, которые крепятся на корпу-
сах инструментов механически, напайкой или приклеиванием. Цели-
ком из твердого сплава изготавливаются инструменты мелких раз-
меров или специального назначения.

Минералокерамические пластины имеют такие же размеры, как
и твердосплавные, и так же крепятся.

Зерна или пластины сверхтвердых материалов крепятся меха-
нически или впаиваются во вставки, механически закрепляемые в
корпусах инструментов.

Указанная градация размеров цельных, составных и сборных кон-
струкций инструментов является в некоторой мере условной и опре-
деляется уровнем конструкторских разработок и технологией изготов-
ления инструментов. По мере совершенствования технологии изготов-
ления экономически целесообразными могут оказаться сборные и
составные инструменты размером меньше указанных.
Наибольшей прочностью, жесткостью и виброустойчивостью
обладают цельные и составные конструкции (сварные, наварные,
паяные, клееные), а наибольшей экономичностью — сборные с
механическим креплением режущих элементов, так как они не
только позволяют экономить режущий материал, но и допускают
многократное использование корпусов, восстановление размеров
инструмента после переточек, замену отдельных зубьев после вы-
хода их из строя и во многих случаях позволяют регулировать
размеры обработки,

Сборные .конструкции с механическим креплением многогранных
неперетачиваемых пластин (МНП) обладают дополнительными пре-
имуществами, такими, как повышенная стойкость из-за устранения
внутренних напряжений, привносимых напайкой пластин, быстрый ввод
в работу новых режущих кромок путем поворота пластин на следую-
щую грань, легкий сбор отходов твердого сплава и наиболее полная их
утилизация, устранение затрат на переточку, сокращение транспорт-
ных расходов по перевозке инструментов и уменьшение площади
складских помещений для их хранения в связи с сокращением коли-
чества корпусов. Несмотря на более высокую стоимость сборных
инструментов по сравнению с составными, затраты на сборный инст-
румент, отнесенные к одной обработанной детали, в связи с указан-
ными достоинствами самые низкие. Поэтому сборные конструкции в
условиях массового и серийного производства следует использовать
наиболее широко — особенно современные, с механическим крепле-
нием МНП. Некоторые виды механического крепления ножей, плас-
тин и вставок приведены на рис. 2.1—2.3.

Составные конструкции применяются при недостаточной жесткос-
ти сборных или в случаях невозможности выполнения механического
крепления. Иногда они могут оказаться экономичнее сборных. Это
справедливо при незначительном потреблении инструментов, когда
экономичность определяется в основном их первоначальной стоимо-
стью. По этой причине наиболее экономичными инструментами разо-
вого пользования могут быть некоторые виды, целиком изготовлен-
ные из быстрорежущей стали.
Рис. 2 1. Способы крепления цельных и напайных режущих ножей

Экономичность напайных, наварных и клееных конструкций зави-
сит от выбора формы и размеров пластин, а также от их располо-
жения в гнезде корпуса. Размеры, форма и расположение пластин
должны удовлетворять служебному назначению инструмента и
обеспечить максимальное число переточек. В случае преобладаю-
щего износа по задней поверхности (работа с тонкими срезами,
обработка хрупких материалов, дающих стружку надлома) переточ-
ки выполняются в основном по задней грани, и пластина поэтому
должна быть тонкой, но длинной (рис. 2.4, а). Если износ инструмен-
та протекает в основном по передней поверхности (обработка мате-
риалов с большими сечениями среза при сливной стружке), то пере-
точки выполняются в основном по передней поверхности. Пластина
при этом должна быть короткой, но толстой. Иногда ее располагают
вдоль задней грани (рис. 2.4, 6). При комбинированной схеме ие-
Рис 2 2 Способы крепления многогранных неперетачиваемых пластин:
а, б— схемы, а', б' — примеры конструктивного воплощения
Рис 2 3 Способы крепления сверхтвердых материалов:
а, б — кристаллов; в — вставок с впаянными кристаллами

Рис. 2 4. Расположение напаянных или приклеенных пластин в корпусах
инструментов, а — износ и переточки по задней поверхности, б — износ и
переточки по передней поверхности; в — износ и переточки по передней и
задней поверхностям

реточек (по передней и задней поверхностям) пластину врезают в
корпус под углом, большим, чем передний угол, обеспечивая чем
самым экономное расходование пластины и облегчая заточку по пере-
дней поверхности, так как она выполняется только по ее части
(рис. 2.4, в). Оптимальными значениями угла вреза пластины являют-
ся 30—45°, когда вершина резца при переточках перемещается по
диагонали /—1 (рис.2.4, в). Для напайных и клееных инструментов
такие большие значения неприемлемы, так как ослабляется тело
режущего клина. Удовлетворительные результаты обеспечивает угол
вреза, равный переднему плюс 5°.

От формы пластины зависит технологичность гнезда Открытые
гнезда (рис. 2.5 а} в изготовлении дешевле, так как можно вести
Рис. 2 5 Формы гнезд под пластины твердого сплава:
а — открытое; б — полузакрытое; в — закрытое;
г — врезное, д — напайка не по всей высоте пластины;
е — напайка только по опорной поверхности

обработку нескольких гнезд одновременно. Полузакрытые (рис. 2.5, б),
закрытые (рис. 2.5, в) и врезные (рис. 2.5, г) гнезда менее техноло-
гичны, но обеспечивают более прочное удержание пластины, что
позволяет использовать пластины меньших размеров и уменьшить
затраты на режущий материал. Однако прочность должна быть толь-
ко достаточной, к чрезмерному увеличению прочности напайки стре-
миться не следует, так как с увеличением площади поверхностей
припайки растут остаточные напряжения в пластине из-за ограничения
свободы независимого изменения размеров пластины и корпуса инстру-
мента в процессе остывания конструкции после напайки пластин.
Разница в усадке корпуса и пластины приводит к деформации (изгибу)
пластины, и внутренние напряжения, вызванные ею, не только понижа-
ют износостойкость твердого сплава, но часто служат причиной боль-
шого процента брака по трещинам и микротрешинам пластин. Даже
если трещины при напайке и нс образуются, растягивающие внутрен-
ние напряжения в поверхностном слое пластины понижают прочность
режущего клина. Эти напряжения, складываясь с напряжениями от
изгиба клина под действием сил резания, приводят к преждевремен-
ной поломке инструмента. Меньшую величину остаточных напряже-
ний обеспечивают гнезда, напайка в которых осуществляется не по
всей высоте пластины (рис. 2.5, д), а еще лучше — только по опорной
поверхности (рис. 2.5, е).

Перспективным способом присоединения пластин, заменяющим
напайку, является приклеивание термостойкими клеями. Клеевое со-
единение сохнет при температуре не выше 200 °С. Это исключает
появление внутренних напряжений в пластине, что наряду с демпфи-
рующим и изолирующим свойствами клея, разрывающими цепь тока
термоЭДС, в три раза повышает стойкость клееных твердосплавных
инструментов по сравнению с напайными. Необходимым условием
хорошей работоспособности клееных инструментов является осто-
рожная заточка, не допускающая повышения температуры в зоне шва
выше критического уровня, который в зависимости от термостойкости
клея колеблется в пределах 300—600 °С.

Контрольные вопросы

1. Методика выбора режущего материала.

2. Способы крепления режущего материала.

3. Способы закрепления режущих элементов в корпусах инструментов.

4. Формы гнезд под напайку пластин твердого сплава. Их сравни-
тельные преимущества и недостатки.

2.2.2. Выбор схемы резания
и разработка структурной схемы инструмента

Схема резания — схема формообразования поверхности обраба-
тываемой детали путем послойного удаления припуска в определен-
ной последовательности.
Структурная схема инструмента — вид и расположение в про-
странстве отдельных элементов конструкции инструмента, можно
сказать, — форма инструмента, а точнее, — принципиальная схема
конструкции.

Со схемы резания и кинематической схемы обработки начинается
рождение нового способа обработки и новой конструкции режущего
инструмента. Конструктор в данном случае выступает в роли изобре-
тателя, создающего высокоэффективный режущий инструмент. Про-
цесс изобретательства сложный и характеризуется скорее эврикаль-
ным, чем последовательно логическим характером творческой дея-
тельности. Он под силу человеку, не закомплексованному известными
решениями.

Наша задача проектирования по конкретному техническому зада-
нию более определенна, а поэтому проще. Конструкция инструмента
создается путем компиляции лучших известных решений. Структур-
ная схема и форма инструмента определяются сравнительно легко.
У конкретных, широко применяемых инструментов, например, рез-
цов, фрез, протяжек и т.д., формы хорошо отработаны и известны.
Задача проектирования состоит в оптимизации конструкции путем
использования лучших элементов, в первую очередь лучшей схемы
резания.

Структурные схемы и формы комбинированных инструментов, а
также многоинструментных наладок определяются из условий обес-
печения одновременной обработки максимального количества поверх-
ностей детали. Для оставшихся поверхностей предусматривается
последовательная обработка. Разработанная структурная схема (ком-
поновка) комбинированного инструмента или наладки в целом должна
удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к инструменту
вообще. При ее разработке особое внимание следует обратить на
технологичность конструкции, удобство в эксплуатации и беспрепят-
ственный отвод стружки из зоны резания. Этот этап проектирования
заканчивается эскизом, выявляющим принципиальную схему конст-
рукции и форму инструмента или наладки.

Схема ре’зания конкретным единичным инструментом, в том числе
инструментом из наладки, должна быть выбрана таким образом,
чтобы обеспечить минимум приведенных затрат на операции исполь-
зования инструмента. Это означает:

а) высокую производительность;

б) минимум энергозатрат при высокой производительности;

в) высокую экономичность инструмента.

Реализация требований по пункту а возможна в случае большой
площади сечения слоя металла, срезаемого одновременно режущими
зубьями инструмента, по пункту б — когда малые силы резания, а по
пункту в — когда схема резания легко реализуется, т.е. инструмент
технологичный, стойкость его высокая.

Известны две принципиально разные схемы резания: профильная
и генераторная. В разделе 1 они рассматривались применительно к
протягиванию. Здесь они обобщены для всех видов обработки.

Профильная схема резания характеризуется тем, что форма се-
чения среза каждым зубом повторяет профиль обработанной поверх-
ности, при этом окончательные размеры и форма профиля воспроиз-
водятся главной режущей кромкой последнего (протягивание) или
каждого (фрезерование) режущего зуба (рис. 2.6).

Рис 2.6 Профильные схемы резания: протягивание а — цилиндрического
отверстия, б — фасонного паза, в — прямобочного паза, г — плоскости,
фрезерование с подачей 5 (вид сверху): г — плоскости, д — фасонного паза.
е — нарезание резьбы
Характерной особенностью генераторной схемы резания яв-
ляется простая форма сечения среза, отличающаяся от профиля
обработанной поверхности, которая образуется постепенно (генери-
руется) вспомогательными режущими кромками каждого зуба инст-
румента (рис. 2.7).

Рис 2 7 Генераторные схемы резания* протягивание: а — квадратного
отверстия, б — фасонного паза, в — прямобочного паза, г — плоскости,
фрезерование (вид сверху) с подачей 5. в — прямобочного паза,
д, е — нарезание резьбы

Профильная схема обеспечивает более высокую точность обрабо-
танной поверхности, но инструменты во многих случаях сложны в
изготовлении, особенно в заточке (см. рис. 2.6, б). В таких случаях
целесообразно переходить на генераторную схему резания. Заточка
инструментов проще, так как проще форма задней поверхности
(см. рис. 2.7, б), но ниже точность обработанной поверхности и стой-
кость инструмента из-за отсутствия или недостаточной величине
вспомогательных задних углов.

Профильные и генераторные схемы резания могут быть оди-
нарными й групповыми, или прогрессивными. Каждый зуб инст-
румента одинарной схемы резания отделяет срезаемый слой по
всей ширине (см. рис. 2.6 и 2 7), а групповой — только по части
ширины, но большей толщины (рис. 2.8 и 2.9).

Рис.2.8 Групповые (прогрессивные) схемы резания, протягивание.
а — цилиндрического отверстия, б, в — фасонного паза,
г — плоскости, д — прямобочного паза; фрезерование (вид сверху).
е — плоскости или прямобочного паза цилиндрической или дисковой
фрезой, ж — плоскости торцовой фрезой, з — нарезание резьбы,
и — сверление, /, 2, 3— последовательность работы зубьев инструмента
Рис. 2.9 Фрезерование зубьев колес червячной фрезой:

а — одинарная (обычная) схема резания, б — прогрессивная схема резания
и соответствующие им формы зубьев фрезы;

1,2, 3 — последовательность работы зубьев фрезы

При одинаковой площади сечения среза (одинаковой производи-
тельности) силы резания инструментами групповой схемы резания
меньше, т.е. меньше энергозатраты на обработку детали. Если силы
резания выровнять дополнительным увеличением площади сечения
среза за счет возрастания его толщины, то производительность инст-
рументов групповой схемы резания выше. Кроме того, групповая
Раздел 2 Проектирование режущих инструментов
схема исключает очень тонкие срезы, при которых наблюдается по-
вышенный износ зубьев инструмента (зубья работают по наклепанно-
му слою), и допускает возможность протягивания «по-черному» по-
верхностей литых, кованных и штампованных заготовок (первые зу-
бья протяжек работают под коркой).

В зависимости от формы режущих контуров инструментов, требу-
емой точности обработки, технологичности конструкции инструмента
и других условий могут использоваться комбинированные, или сме-
шанные^ схемы резания, содержащие элементы профильной и гене-
раторной схем, если это технически и экономически оправдано. На-
пример, основная часть припуска может удаляться по генераторной
схеме резания, а остальная часть, с целью повышения точности обра-
ботки, — по профильной (протягивание). Одна часть профиля обрабо-
<анной поверхности формируется по профильной схеме резания (до-
нышко прямобочного паза), а вторая часть (боковые стороны паза) —
по генераторной (см. рис. 2.7, в).

Схемы резания совершенствуют с целью повышения производи-
тельности и экономичности инструмента, а также уменьшения энерго-
затрат на обработку детали.

Высокую производительность обеспечивают групповые схемы
резания, характеризующиеся уменьшенной шириной среза, но увеличен-
ной толщиной, а также схемы резания, исключающие встречные потоки
сливной стружки на передней поверхности зуба инструмента, в резуль-
тате чего можно уменьшить размеры стружечной канавки и шаг зубь-
ев, увеличить число одновременно режущих зубьев, т.е. объем метал-
ла, срезаемого в единицу времени (рис. 2.10, см. также генераторные
и групповые схемы резания на рис. 2.7, 2.8 и 2.9).

Энергоемкость процесса резания уменьшается с уменьшени-
ем сил резания. Этому также способствуют групповые схемы реза-
ния. Кроме того, разделение стружки на узкие полоски сз ружкоразде-
лительными канавками, выполненными на задних поверхностях зубь-
ев инструмента, облегчает ее отделение и уменьшает силы резания.
Стружкоразделительные канавки особенно полезны при сложной фор-
ме сечения среза. Классическим примером служат стружкораздели-
тельные канавки на зубьях протяжек.
Рис 2.10. Прогрессивные схемы резания при фрезеровании угловых пазов,
исключающие встречные потоки стружки на передней поверхности зуба
инструмента (вид сверху),
1,2,3 — последовательность работы зубьев фрезы

Повышение стойкости инструмента наряду с другими ме-
роприятиями достигается уменьшением трения на задних поверхно-
стях зубьев. В этом отношении рациональные схемы резания до-
вольно эффективны, особенно в случаях, когда нельзя обеспечить
задние углы достаточной величины. Примеры таких схем приведе-
ны на рис.2 Л, где трение вспомогательных режущих кромок есть
только на участке, отделяющем срезаемый слой по толщине. Вся
остальная часть режущей кромки не соприкасается с обработанной

Рис. 2 11, Схемы резания, уменьшающие трение на вспомогательных задних
поверхностях протяжек (а, б,в) и метчиков (г);

1, 2, 3 .. — последовательность работы зубьев инструмента
поверхностью. Остаточный несрезанный слой О не должен выхо-
дить за пределы поля допуска на профиль обработанной поверхно-
сти, а имеющиеся уступы этого слоя — за пределы микронеровно-
С1ей установленной высоты. Для выполнения этих условий произ-
водятся специальные расчеты по корригированию параметров ин-
струмента. Расчеты для некоторых инструментов, например про-
тяжек, метчиков, приведены в соответствующей технической лите-
ратуре [7; 121].

Указанной цели служит также совершенствование формы стружко-
разделительных канавок, обеспечивающее образование вспомогатель-
ных задних углов (рис. 2.12), мероприятия, позволяющие исключить
очень тонкие срезы, например, боковыми сторонами угловых и резь-
бовых фрез (см. рис. 1.63 и 2.10), у которых режущие зубья на

Рис. 2.12. Стружкоразделительные канавки, обеспечивающие образование
вспомогательных задних углов а, у протяжек
групповой (а) и одинарной (6) схем резания
боковых сторонах фрезы срезаны через один в шахматном порядке от
зуба к зубу слева и справа, и ряд других способов повышения стой-
кости.

Контрольные вопросы

1. Разновидность схем резания и их влияние на работоспособность
инструментов.

2 Требования к схемам резания.

3. Разновидности прогрессивных схем резания.

2.2.3. Выбор геометрических параметров

2.2.З.1. Оптимизация геометрии — задача сложная

Геометрия инструмента должна быть оптимальна по минимуму
приведенных затрат на операции его использования при обеспече-
нии других требований, например, заданной точности обработки,
шероховатости обработанной поверхности, требуемого уровня сил
и температур резания и т.д. На уровень приведенных затрат гео-
метрические параметры сказываются через стойкость инструмен-
та. Это значит, что инструмент должен иметь такие геометричес-
кие параметры, при которых его стойкость наиболее высокая, что
возможно при оптимальной температуре резания, конкретной для
каждой пары: материал инструмента — материал обрабатываемой
детали [104]. Стремление к высокой производительности обработ-
ки предопределяет работу со скоростями резания, при которых
температура резания обычно выше оптимальной. Поэтому в боль-
шинстве случаев является правильным утверждение, что чем ниже
температура резания, тем выше стойкость инструмента. Несмотря
на простоту этой формулы, выбор оптимальных параметров инст-
румента — задача сложная, которая определяется не только рядом
ограничений. Геометрические параметры инструмента, облечен-
ные в форму режущего клина, взаимодействуют с другими элемен-
тами технологической системы: деталью, станком, приспособлени-
ем, режимом резания, технологической средой. Все эти элементы
взаимосвязаны и, взаимодействуя друг с другом, совместно опре-
деляют температуру резания, а значит, и стойкость инструмента
Изменив по каким-либо соображениям один из элементов систе-
мы, восстановить ее прежнее равновесное состояние можно путем
целенаправленного изменения других. Например, увеличив вспомо-
гательный угол в плане фр ухудшаем условия отвода теплоты из
зоны резания — температура резания повышается. Понизить ее,
восстановить баланс можно путем улучшения отвода теплоты или
уменьшением ее подвода. Улучшения отвода теплоты можно дос-
тигнуть уменьшением главного угла в плане ср, повышением эф-
фективности отбора теплоты путем совершенствования способа
охлаждения инструмента в работе. Уменьшение подвода теплоты
достигается увеличением переднего угла у или заднего угла а, а
также совместным изменением (р, у и а. Поэтому не может быть
единой оптимальной геометрии для конкретного инструмента. Она
разная для разных условий работы и даже не одна для одних и тех
же условий.

Подобную объективную оптимизацию геометрических параметров
инструмента можно выполнить только проведением многофакторного
эксперимента по оптимизации для конкретных условий работы. При-
водимые в справочной литературе оптимальные по стойкости геомет-
рические параметры получены без учета их взаимовлияний друг на
друга и влияния других элементов технологической системы, а поэто-
му не могут быть вполне объективными. Тем не менее на стадии
проектирования инструмента необходимо пользоваться сведениями
справочной литературы, так как других нет. Окончательную оптими-
зацию проводят уже в процессе эксплуатации инструмента, если для
этого есть время и условия, например, в массовом производстве, где
одна и та же операция выполняется годами на одном и том же
станке. Однако при этом следует помнить, что оптимизированный
инструмент с механическим креплением неперетачиваемых режущих
элементов является специальным. Стоимость такого инструмента,
изготовленного в условиях инструментального цеха машиностроитель-
ного завода, намного выше, чем стандартного, выпускаемого массово
специализированными инструментальными заводами Поэтому обяза-
тельно следует оценить экономическую выгодность от имитации гсо-
Шагун В, И Режущий инструмент
метрических параметров: выигрываем на стойкости инструмента, а
теряем на его стоимости.

2.2.З.2. Выбор формы рабочих поверхностей инструмента

В литературе практически нет сведений о влиянии формы передней
и задней поверхностей режущего клина на стойкость или другие пока-
затели работоспособности инструмента, хотя есть основания полагать,
что такое влияние должно быть. Поскольку мы остаемся в неведении,
то единственным критерием оптимальности является экономичность
инструмента, определяемая технологичностью форм рабочих поверхно-
стей, т.е. простотой изготовления и переточек инструмента.

Наиболее технологичной формой является плоскость, которая
используется тогда, если есть возможность выбора: резцы, многолез-
вийные инструменты с прямым зубом, сверла спиральные с крутой
винтовой спиралью, плоские протяжки, сменные режущие пластины и
ножи сборных инструментов Однако использование плоскости огра-
ничивается особенностями конструкции многих инструментов. Поэто-
му часто встречаются другие формы передних и задних поверхнос-
тей* конические (круглые протяжки, зуборезные долбяки), цилиндри-
ческие (передние поверхности метчиков и других многолезвийных
инструментов с прямым зубом и большими значениями передних
углов, свыше 25—30°, передние поверхности резцов с выкружками
для завивания стружки), винтовые (передние и задние поверхности
многолезвийных инструментов с винтовым зубом), фасонные (задние
поверхности фасонных инструментов со сложной формой образую-
щих), затылованные, в том числе фасонные, если затылование явля-
ется целесообразным способом образования задних углов (задние
поверхности некоторых типов сверл, зенкеров, метчиков, фасонных
фрез, в том числе зуборезных и резьбонарезных), фасонные винтовые
(эвольвентные винтовые боковые задние поверхности зуборезных
долбяков). Перечисленные формы, востребованные особенностями
конструкции инструментов, бесспорно, сложнее плоскости, но тем не
менее технологичны, если учесть, что в качестве образующей таких
поверхностей выбирается прямая линия или кривая наиболее простой
формы.
Задние поверхности инструментов с приклеенными или напаянными

пластинами твердого сплава или сверхтвер-
дых материалов целесообразно оформлять
плоскостями с различными значениями
задних углов (рис. 2.13). Это связано с тех-
нологией заточки: раздельная по по-
верхностям заточка кругами разной харак-
теристики и разной стоимости. Корпус инст-
румента под углом а+4° затачивают деше-
выми кругами из электрокорунда, режущую
твердосплавную пластину — более дороги-
ми кругами из карбида кремния зеленого,
а достаточную для работы часть пластины
шириной 2—3 мм доводят под углом а еще
более дорогими алмазными кругами. Кроме

Рис 2 13 Оформление
задней поверхности инстру-
ментов с напаянными или
приклеенными
пластинами твердого сплава

того, круги из карбида кремния и алмаза практически неработоспособны
по незакаленной стали корпуса инструмента — засаливаются.

2.2.З.З. Выбор значений передних и задних углов

Влияние углов заточки инструмента на его стойкость установлено
теорией резания. Характер зависимости стойкости инструмента от
величины переднего у и заднего а углов экстремальный, что связано
с противоречивым влиянием их значений на температуру резания. С
увеличением углов у и а уменьшается работа резания и трения и
уменьшается подвод теплоты к инструменту, но ухудшается отвод
теплоты из-за уменьшения объема тела режущего клина. Поэтому
наиболее низкая температура резания и наиболее высокая стойкость
инструмента достигаются при вполне определенных значениях этих
углов, которые называются оптимальными по стойкости.

При уменьшении прочности и твердости обрабатываемого мате-
риала работа резания уменьшается, а вместе с ней и подвод тепло-
ты. Для ее эффективного отвода объем тела режущего клина может
быть меньшим. Это открывает дополнительные возможности
понижения температуры резания уменьшением подвода теплоты за
счет увеличения у. Поэтому оптимальное по стойкости значение
переднего угла зависит в основном от свойств обрабатываемого и
режущего материала. Чем менее прочный и твердый обрабатывае-
мый материал, чем выше теплопроводность обрабатываемого и
режущего материала, тем больше оптимальные по стойкости значе-
ния передних углов (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Усредненные по инструментам значения оптимальных по
стойкости передних углов инструментов

№ п/п Обрабаты ваем ы й матери ал Передний угол у° для инструментов
быстро- режущих твердо- сплавных керами- ческих композитных на основе КНБ алмаз- ных
1 С Т А Л ь мягкая, Ов<600 МПа 20—25 10—15 10
средней твердости, ав=600—100 МПа 15—20 -5—5 -7 -15 -5
твердая, <Ув> 1000 МПа 10—15 -15 -5 -15
закаленная, ИКС, 20-40 40—60 -20 -15 -15 -10
60—70 -30
2 Ч У г У н мягкий НВ<150 10—15 0—5 0 0—5
твердый, НВ-150—300 5 1 0 -5—0 -7 -8—0
отбеленный, закаленный, НВ=400—600, ИКС, 88—90 -20 -30 -15 -10
3 1 вердыс сплавы для ипампов и прессформ. ВК, НКА 88—90 -25 -10
4 Медные сплавы 10—15 0—5 5 0—5
5 Алюминиевые сплавы 25—30 15—20 15 -5—0 -5—0
6 Текстолит, гстинакс 5—10 0—5 5 0—2

Влияние заднего угла на стойкость инструмента более сильное,
чем переднего, и определяется не только температурным фактором,
но и геометрическим. С увеличением заднего угла от а' до а'
(рис. 2.14) увеличивается объем тела режущего клина, который необ

ходимо истереть (от аЬс до ас!е) до
наступления катастрофического изно-
са (предельной ширины А площадки
износа на задней поверхности). Стой-
кость инструмента при этом повыша-
ется. Поэтому в случаях преоблада-
ющего износа по задней поверхности
при достаточно низких температурах
резания (малая толщина среза при
сливной стружке, обработка материа-
лов, дающих стружку надлома) для
увеличения стойкости инструмента
задний угол целесообразно увеличи-
вать. В связи с изложенным считают,
что оптимальные значения задних уг-
лов зависят в основном от толщины
среза. Чем тоньше срез, тем больше
оптимальное по стойкости значение

Рис. 2.14 Объем истертого
материала режущего клина до
наступления критического
износа /?з при малых и больших
задних углах

заднего угла (табл. 2.2).

У всех режущих инструментов из одною и того же режущего
магериала, работающих в одинаковых условиях, оптимальные по
стойкости значения передних и задних углов одинаковы, так как в
основе конструкции любого из них лежит практически одинаковый
режущий клин. Только иногда особенности конструкции и условий
работы некоторых инструментов могут вносить коррективы в эго г
оптимальный ряд значений. Так, при малой толщине среза, свойствен-
ной развертыванию, передний угол у' или у" слабо влияет на работу
резания, поскольку большое удельное значение в работе имеет цилин-
дрический участок передней поверхности с нулевым и отрицательны-
ми передними углами как следствие округления режущей кромки по
дуге радиусом р«0,015 мм (рис. 2.15). При больших значениях задних
углов быстро нарастает радиальный износ режущих зубьев, главные
режущие кромки понижаются, основная работа резания переходит на
уступы у вершин зубьев, образовавшиеся в результате износа режу-
щих кромок. Неблагоприятная геометрия этих уступов приводит в
быстрому нарастанию их износа и понижению стойкости развертки.

Таблица 2.2 Рекомендуемые значения задних углов

№ п/п Инструменты Задний угол а° у инструментов
быстро- режущих твердо- сплавных керами- ческих композитных на основе КНБ алмаз- ных
1 Резцы токарные с подачей 5 мм/ об <0,08 15—25 12
0.08—0,20 12 8 10 10—15 6
>0,20 8 6 5
2 Фрезы торцовые, цилиндрические, концевые с мелким зубом 16 15 15—18 18
с крупным зубом 12 10 8—12
3 Фрезы отрезные, угловые, шпоночные 20
4 Фрезы прорезные 30
5 Фасонные резцы и фрезы (угол при вершине) 8—12
6 Долбяки зуборезные (угол при вершине) 6—9
7 Сверла, зенкеры, развертки, метчики, плашки 6—8 10—12 10—15
8 II Р О т Я ж к и внут- ренние 3 У Б Ь Я обдирочные 3—4
чистовые 2
калибрующие 1
плоские 10

В процессе проектирования инструмента передние и задние углы
назначают оптимальными по стойкости, что повышает его экономич-
ность и при необходимости позволяет за счет некоторого понижения
стойкости повысить скорость резания, а значит, и производительность
обработки. Однако есть ряд ограничений, не позволяющих обеспе-
чить это требование:
а) прочность режущего клина;

б) точность обработки;

в) особенности конструкции инструмента;

г) особенности условий работы инструмента.

Рис 2 15. Схема для опенки влияния переднего угла режущего клина на
работу резания при малых толщинах среза а

По условию прочности передние и задние углы у твердосплав-
ных инструментов меньше, чем у быстрорежущих. Передние углы
могут быть даже отрицательными, чтобы заставить твердый сплав
работать на сжатие и тем самым повысить прочность инструмента,
испытывающего большие статические и особенно динамические на-
грузки. В еще большей мере это относится к инструментам из кера-
мики и сверхтвердых материалов. Их передние углы почти всегда
отрицательные (см. табл. 2.1).

Во многих случаях, когда условия работы не очень тяжелые, удов-
летворительные результаты достигаются заточкой на передней поверх-
ности вдоль режущей кромки упрочняющей фаски шириной 1,5—2,0
толщины среза с отрицательным передним углом. Это предпочти-
тельнее отрицательного переднего угла на всей передней поверхности,
так как сочетается упрочнение режущей кромки с относительно лег-
ким отделением срезаемого слоя при положительном основном перед-
нем угле. Однако при толщине среза до 0,1 мм фаску не юлько
невозможно выполнить, но она и не эффективна. Поэтому у таких
инструментов, особенно инструментов из СТМ, передний угол отрица-
тельный на всей передней поверхности. Большие по абсолютной ве-
личине отрицательные значения передних углов позволяют увеличить
задние углы (см. табл. 2.2) и тем самым значительно повысить
стойкость инструментов, работающих с толщиной среза до 0,1 мм.
Прочность режущего клина при этом не уменьшается, так как мате-
риал режущего клина у режущей кромки работает на сжатие.

Для предотвращения поломок зубьев значительно меньше опти-
мальных по стойкости задние углы у метчиков. В случае больших
значений углов при вывертывании метчика в зазор между его заты-
лочными поверхностями и деталью попадает стружка или корни стру-
жек при нарезании глухих отверстий заклиниваются, и зубья метчика
разрушаются (рис. 2.16). Положение можно исправить, изменив фор-
му затылочных поверхностей: седлообразное затылование или плос-
кая заючка (рис. 2.17).

Ограничения по точности свойственны фасонным инструмен-

а б

Рис, 2 16, Положение
метчика во время
резания (а) и выверты-
вания (б) при нареза-
нии глухих отверстий

Рис 2,17 Срезание
корней стружек
метчиком седлообраз-
но затылованным (а) и
плоскозаточенным (б)
Раздел 2. Проектирование режущих инструментов
там, профиль которых не корректируют на величину ошибок, привно-
симых передними и задними углами (рис. 2.18). В этом случае значе-
ния углов меньше оптимальных по стойкости, например, у зуборезных
долбяков и фрез. Малы задние углы и у протяжек для замкнутых
контуров, так как при больших задних углах после каждой переточки
по передним поверхностям зубьев сильно уменьшаются поперечные
размеры протяжки. Эти малые значения задних углов позволяют уве-
личить число переточек протяжки, поэтому их можно назвать
оптимальными по суммарной размерной стойкости.

Рис. 2.18. Несоответствие глубины профиля фасонной фрезы (3-4) и
детали (5-4): I — зуб фрезы; 2 — затылочные кривые
(эквидистанты в полярной системе координат).

Если у=0, то глубины профилей детали и фрезы одинаковы и равны 3-4

Конструкция фасонных резцов и фрез сама по себе не позволяет
обеспечить оптимальные по стойкости значения нормальных передних
и задних углов во всех точках режущей кромки. Передние углы —
углы между двумя плоскостями: передней и основной. Поскольку
отдельные участки режущей кромки расположены под разными угла-
ми к линии пересечения этих плоскостей, то нормальные передние
углы у этих кромок измеряются в разных направлениях между ука-
занными плоскостями и не могут быть одинаковыми. Задние углы
указанных инструментов образуются за счет наклона задних поверх-
ностей поворотом режущего клина вокруг линии, параллельной оси
обрабатываемой детали или инструмента. Поэтому нормальные зад-
ние углы, измеренные в направлениях, не перпендикулярных этой ли-
нии, тоже разные.

Своеобразная форма передних и задних поверхностей стандар-
тных спиральных сверл, а также расположение их рабочих поверх-
ностей относительно друг друга приводят к тому, что передний и
задний углы вдоль главных режущих кромок переменные, а пере-
дний угол на поперечной режущей кромке (перемычке) даже отри-
цательный.

Условия работы инструмента часто не допускают реализации
передних углов, оптимальных по стойкости. Так, сила резания, воздей-
ствующая на инструмент в сторону поверхности резания, при больших
передних углах и отсутствии надлежащего противодействия (поддер-
жки инструмента со стороны задней поверхности) затягивает режу-
щий клин инструмента в тело детали. Обработанная поверхность
становится волнистой. Поэтому у таких инструментов, например, про-
тяжек одностороннего резания с направлением по стороне, про-
тивоположной зубьям (шпоночные протяжки), передние углы более
15° не назначают.

При малых толщинах среза, соизмеримых с радиусом округления
режущей кромки инструмента (см. рис. 2.15), влияние переднего угла
на силу и работу резания, а стало быть, и на подвод теплоты к
режущему клину незначительные. Температура резания и стойкость
инструмента определяются в основном теплоотводящей способнос-
тью режущего клина. Потому для чистовых инструментов, таких, как
развертки, калибрующие зубья протяжек, передний угол более
10—15° не рекомендуется.

Оптимальные по стойкости вспомогательные задние углы и огра-
ничения по их назначению такие же, как и для главных. Например,
вспомогательные задние углы сверл, зенкеров, разверток по условию
точности обработки равны нулю, а у метчиков — не более 10—20*.
Часто встречаются технологические ограничения: приемлемые
по стойкости, с учетом ограничений по точности обработки, вспомо-
гательные задние углы нельзя образовать. Примером могут служить
шлицевые протяжки с прямобочным профилем.

Возможности оптимизации передних углов инструментов с много-
гранными неперетачиваемыми пластинами несколько ограничены.
Пластины устанавливаются в корпусах таким образом, чтобы за счет
их поворота обеспечить нужные задние углы. Передние углы в таких
случаях будут изменяться на угол поворота пластины. Поэтому что-
бы расширить возможности приближения передних углов таких инст-
рументов к оптимальным значениям, выпускаемые на рынок пласти-
ны имеют разные задние углы. 0, 3, 5, 7, 11, 15, 18, 20, 25, 27, 30°.
Передняя поверхность пластин плоская, параллельная основанию пла-
стины (у=0), либо с выкружкой с передним углом по ней 12 или 15°.
У пластин с положительным передним углом на передней поверхно-
сти вдоль режущей кромки расположена упрочняющая фаска, парал-
лельная основанию властины или наклоненная к нему под углом “7°.

2.2.3.4. Выбор значений углов в плане

Уменьшение главного ср и вспомогательного ф1 углов в плане
повышает стойкость инструмента, так как уменьшается теплонапря-
женность единицы длины режущей кромки (уменьшается толщина
среза), улучшается отвод теплоты в более массивное тело режущего
клина, понижается температура резания. Только при значениях ф и ф.
меньше 5—10° стойкость инструментов с разомкнутой неуравнове-
шенной системой радиальных сил падает в связи со значительным
увеличением этих сил, отталкивающих инструмент от обрабатывае-
мой детали и вызывающих вибрации при недостаточно жесткой тех-
нологической системе. Именно вибрации являются той причиной, ко-
торая вызывает резкое падение стойкости при очень малых углах в
плане, что характерно для работы резцов и торцовых фрез. У
многолезвийных инструментов, у которых радиальные силы уравнове-
шиваются (замкнутая система сил), — свойственно работе сверл,
зенкеров, разверток, метчиков, — понижения стойкости при малых (р
не наблюдается. Малые значения ф и ф в этом случае полезны с
точки зрения не только стойкости инструмента, но и точности обра-
ботки, а также шероховатости обработанных инструментом поверхно-
стей.

В связи с изложенным с целью повышения стойкости инструмен-
тов следует назначить возможно меньшие значения ф и фг Однако на
пути реализации этих намерений встречается ряд ограничений:
а) жесткость технологической системы;

б) характер выполняемой работы;

в) производительность резания;

г) прочность инструмента;

д) точность обработки.

При недостаточной жесткости технологической системы у ин-
струментов общего назначения, работающих с разомкнутой системой
радиальных сил (резцы, торцовые фрезы), угол ф увеличивается
вплоть до 90° с целью повышения точности обработки и исключения
вибраций.

Характер выполняемой работы часто не позволяет назначить
малые (р и <р1 для целого ряда инструментов:
♦ токарных резцов для продольного точения с предварительным
радиальным врезанием на глубину резания;

♦ токарных резцов для копировальных работ из-за невозможности
обработки достаточно крутых участков профиля детали;

♦ токарных проходных упорных резцов, обеспечивающих подрезку
буртика в конце рабочего хода (ф=90°);

♦ торцовых, концевых и дисковых фрез для фрезерования двух или
трех взаимно перпендикулярных плоскостей (ф=90°);

♦ резцов, разверток и метчиков для обработки глухих отверстий в
упор (до донышка, ф=30—45° у разверток и метчиков и 90° у
резцов).

Производительное гь обработки зенкерами и развертками по-
нижается с уменьшением угла в плане из-за увеличения времени
врезания Поэтому у зенкеров ф=45—60°, а у машинных разверток
Ф~5—15°, в то время как у ручных разверток 1—2°.
Прочность инструмента ограничивает углы в плане со стороны
малых и больших значений. Так, для резцов и фрез отрезных и про-
резных ф1 больше 1,5—2,0° не назначают, так как значительно пони-
жается прочность тела таких инструментов.

У машинных метчиков вся режущая часть работает одновремен-
но. С уменьшением угла ф таких метчиков увеличивается число
одновременно режущих зубьев, а также суммарная ширина среза при
одновременном уменьшении толщины, площадь среза остается неиз-
менной. В результате растет крутящий момент до значений, превос-
ходящих допустимое по прочности метчика. Свыше 50 % метчиков
диаметром до 12 мм выходят из строя из-за поломок. Поэтому для
них нельзя назначать малые ф, хотя это повышает стойкость метчи-
ков и точность резьбообработки. Главный угол в плане ограничивают
значениями 12—15°.

Уменьшение угла в плане гаечных метчиков понижает крутящий
момент в связи с уменьшением суммарного сечения среза, так как
одновременно режет не вся заборная часть, а только участок длиной,
равной высоте гайки. Малые ф таких метчиков (до 3—4°) не только
уменьшают вероятность их поломок, но повышают стойкость и точ-
ность резьбообработки.

Точность обработки сверлами, зенкерами, развертками и метчи-
ками значительно выше при очень малых значениях ф )=(2—5)', так
как меныпие значения ф обеспечивают лучшее направление инстру-
ментов в работе. Ничтожно малые значения ф1 и у дисковых пазовых
фрез для фрезерования точных пазов, чтобы не вызвать ин1енсивного
изменения ширины паза при переточках фрезы.

Желаемые значения углов в плане инструментов с механическим
креплением многогранных неперстачиваемых пластин достигаются
выбором пластин с соответствующим числом граней

2.2.З.5. Выбор углов наклона режущих кромок

Угол наклона главной режущей кромки X, роль которою у ряда
многолезвийных инструментов (цилиндрические, дисковые и концевые
фрезы, а также торцовые фрезы с ф-90°) выполняет уюл наклона
зуба к оси инструмента ш, оказывает на явления, сопровождающие
процесс резания, самое сложное влияние. От величины и знака (поло-
жения относительно основной плоскости) этих углов зависит уровень
и направление сил резания, работа и температура резания, направле-
ние схода стружки и положение центра ее давления на передней
поверхности режущего клина, прочность вершины режущего клина,
уровень колебания сил при прерывистом резании многолезвийными
инструментами, т.е. плавность их работы, например, плавность фрезе-
рования. Кроме того, углы X и со главной режущей кромки определяют
собой величину и знак вспомогательных передних углов. Угол со вспо-
могательной режущей кромки сверла, зенкера, развертки влияет на
величину и знак главного переднего угла. Среди указанных явлений
есть положительно и отрицательно влияющие на стойкость инстру-
мента. Рассмотрим в диалектической взаимосвязи влияние величины
и знака угла X на примере токарного проходного резца.

С отклонением X от нуля угол режущего клина в направлении
движения становится меньше, уменьшаются силы и работа резания,
если не принимать во внимание рост сил резания из-за некоторого
увеличения ширины среза. Подвод теплоты к телу инструмента, ве-
роятно, уменьшается, что должно повышать стойкость резца. При
положительных X увеличивается объем тела головки резца, улучша-
ется оз вод теплоты, что также повышает стойкость, но становится
отрицательным вспомогательный передний угол, увеличивается рабо-
13 резания вспомогательной режущей кромкой, способствующая пони-
жению стойкости. В случае отрицательных X вспомогательный перед-
ний угол положительный, но меньше объем тела головки резца. Кроме
того, с отклонением X от нуля центр давления стружки приближается
к режущей кромке, чго приводит к понижению стойкости.

Таким образом, с изменением X часть явлений способствует повы-
шению стойкости инструмента, а часть — понижению. Поэтому сле-
дует ожидать экстремального характера зависимости стойкости рез-
ца от угла наклона главной режущей кромки. Аналогичный характер
влияния следует ожидать и при работе другими инструментами не-
свободного резания (концевые и торцовые фрезы), что подтверждает-
ся работами проф. В.Ф.Боброва [99]. Тем не менее этот экстремум
для многих инструментов может лежать в зоне значений X и со,
практически не используемых по тем или иным причинам. Поэтому в
определенных условиях для конкретных инструментов вероятнее все-
го используется правая или левая ветвь зависимости. Подтверждени-
ем могут служить опять-таки результаты работ В.Ф.Боброва, которы-
ми установлено, что при свободном резании (фрезерование цилиндри-
ческими фрезами) с увеличением со стойкость фрез понижается.

Сложный характер влияния X и (о на процесс резания не позво-
ляет сформулировать простое лаконичное правило для назначения
оптимальных по стойкости значений X и со, как для других углов,
например, у, а, ф и фг Даже если бы оно и было предложено, то
огромное количество ограничений поставило бы под сомнение це-
лесообразность такого правила. Поэтому практика эксплуатации
инструмента выработала ряд частных требований к значениям X и
со, которые должны удовлетворяться в изложенной ниже последова-
тельности:

а) требуемые значения главного и вспомогательною передних углов,
б) прочность режущего клина;

в) целесообразное направление отвода стружки из зоны резания и

стружечных канавок;

г) выгодное направление осевых сил резания;
д) плавность работы.

Для упрочнения самого уязвимого места режущего клина,

его вершины, при работе с
ударами (точение прерывис-
тых поверхностей или загото-
вок с неравномерным припус-
ком, фрезерование торцовыми
фрезами) у инструментов из
хрупких режущих материалов
X назначают положительным,
чтобы отвести удар от вер-
шины клина (рис. 2.19).

Требуемые значения пе-

редних углов многих инстру- Рис, 2,19, Отвод удара от вершины резца
ментов реализуются должным при точении прерывистых поверхностей
направлением стружечных канавок и углом со. Например, у быстро-
режущих инструментов передние углы всегда положительные. По-
этому у сверл, зенкеров, а также концевых фрез, работающих глав-
ными и вспомогательными режущими кромками, направление стру-
жечных канавок одноименно с направлением вращения: правое при
правом вращении и левое при левом (рис. 2.20). У фрез дисковых
двухсторонних зубья наклонены под углом св, равным вспомогатель-
ному переднему углу у1 (рис. 2.21, а). Дисковые трехсторонние
фрезы делают с разнонаправленными зубьями, чтобы обеспечить
положительные передние углы у торцовых зубьев на левой и правой
стороне фрезы.

Рис 2 20 Направление стружечных канавок у зенкеров (а)
и цилиндрических концевых фрез (б) правого вращения *

При этом зубья с отрицательными передними углами на торце
удаляют (рис. 2.21, б). У зуборезных червячных фрез направление
стружечных канавок перпендикулярно виткам червячной нарезки для
получения одинаковых передних углов у левой и правой боковых ре-
жущих кромок.

У сборных инструментов с многогранными неперетачиваемыми пла-
стинами угол X— производный от обеспечиваемых поворотом пластины
углов у1 и а1 или наоборот, углы у1 и а1 производные от угла X.

Стружку следует отводить в таком направлении, чтобы она не
портила обработанную поверхность детали при чистовой обработке,
Рис 2,21, Направление зубьев дисковых двухсторонних (а)
и трехсторонних (б) фрез

освобождала зону резания для хорошего доступа СОЖ, не создавала
помех в работе механизмов станка, нс травмировала оператора.
Удовлетворить все эти требования часто невозможно. Так, при про-
дольном точении наиболее безопасно работать с положительным X,
когда стружка сходит в сторону задней бабки токарного с ганка (рис.
2.22, а), но в этом случае упрочненная стружка может царапать
обработанную поверхность детали. Кроме того, положительный X
увеличивает радиальную силу резания, и при недостаточной жестко-
сти технологической системы могут возникнуть вибрации. Поэтому
чистовое точение проводят с нулевым или отрицательным значени-
ями X, когда стружка отводится от обрабатываемой детали перпен-
дикулярно режущей кромке (рис. 2.22, б) или в сторону передней
бабки (рис. 2.22, в).

Одноименные с направлением вращения винтовые стружечные
канавки сверл, зенкеров и метчиков для нарезания резьбы в глухих
отверстиях выводят стружку в сторону хвостовика (рис. 2.22, ж). У
метчиков для сквозных резьб стружку можно направить вперед, по
подаче, заточив на режущей части метчика с прямыми стружечными
канавками скос на передней поверхности под углом +Х или выполнив
винтовые стружечные канавки в направлении, обратном вращению
метчика (рис. 2.22, г,д). Однако мероприятия, повышающие стойкость
метчиков за счет вывода стружки по подаче, снижают точность
резьбы, нарезаемой методом самозатягивания. Наиболее высокая
точность резьбообработки обеспечивается метчиками с винтовыми
стружечными канавками — правыми для правой резьбы и левыми
для левой с со «30°.

Рис. 2.22. Направление отвода стружки резцами (а б, в)
и метчиками (л Д е, ж)

Выгодное направление осевых сил резания, если нет серьез-
ных ограничений по другим требованиям, — направление в сторону
шпинделя станка, способствующее более плотной посадке инструмен-
та в гнезде шпинделя. Направление стружечных канавок в таком
случае должно быть обратным направлению вращения инструмента,
что свойственно цилиндрическим фрезам и концевым, работающим
только периферийными зубьями (зубьев на торце нет). В случае
фрезерования набором цилиндрических фрез на одной оправке во
избежание перегрузки упорных подшипников шпинделя станка фрезы
должны быть с разноименным (левым и правым) направлением зубь-
ев для более полного уравновешивания осевых сил резания, направля-
емых навстречу друг другу.

Плавность работы многолезвийными инструментами с по-
очередным входом и выходом зубьев из работы (фрезы, протяжки)
повышается уменьшением колебаний силы резания. Чем больше о),
тем меньше колебания этой силы Процесс фрезерования цилиндриче-
скими фрезами протекает наиболее спокойно, если угол со равен зна-
чению, вычисленному по формуле
Х%ы=пЯК/В2,

где Р — диаметр фрезы; 2 — число зубьев фрезы; В — ширина
фрезеруемой поверхности; К — любое целое число, обычно 2 или 3

В подавляющем большинстве случаев направление стружечных
канавок и значения углов X или со инструмента не могут отвечать
всем перечисленным требованиям. В процессе их последовательного
удовлетворения по пунктам от а до д неизбежно встретятся противо-
речия. Удовлетворение требований последующего пункта може! не
отвечать требованиям предыдущих. Разрешение таких противоречий
возможно только путем удовлетворения главных требований для кон-
кретных условий работы инструмента.

Выработанные исследованиями и производственной прак1икой ус-
редненные значения углов Л, и со для некоторых инструментов приве-
дены в табл. 2.3.

2.2.З.6. Переходные и зачистные режущие кромки

Переходные режущие кромки предусматривают у всех без
исключения режущих инструментов. Лучшей формой переходной
кромки является дуга радиусом Я=1—3 мм (рис. 2.23, а). В этом
случае меньше шероховатость обработанной поверхности. Однако
заточка кромок такой формы затруднительна, поэтому их чаще дела-
ют прямолинейными длиной /0=1—2 мм (для сверл — 0,2Я) с углом
в плане фо=0,5ср (рис. 2.23, б,в). Даже у инструментов, по характеру
работы которых переходные кромки не допускаются (фрезы диско-

Рис 2.23. Переходные режущие кромки.
а, б — резцов; в — сверл, г — фрез
вне. торцовые с (р=90° и др,), их все равно предусматривают длиной
0,2—0,3 мм (рис. 2.23, г), так как переходные кромки уменьшают
тенлонапряженность вершин зубьев инструмента из-за улучшения
отвода теплоты. В результате стойкость инструмента повышается:
резцов до 4 раз, сверл в 3—6 раз, фрез в 2 раза и т.д.

Задний угол у переходной кромки ао назначают равным главному
заднему углу а.

Таблица 2 3. Рекомендуемые значения углов наклона
режущих кромок инструментов

№ Инструменты Г С')°
1 Резцы быстрорежущие -15—5
твердоеплавные 15—35
керамические 0—10
композитные -6—10
алмазные 0—7
2 Ф Р Ь 3 Ы торцовые быстрорежущие -5—10 25—30
твердосплавные 0—15 25—30
компози гные -15—5
цилиндрические быстрорежущие 25—60
1вердосплавные 20—60
дисковые быстрорежущие 15—20
твердосплавные 25—30
червячные быстрорежущие 0—5
3 Протяжки наружные быстрорежущие 10—45
4 МС1ЧИКИ быстрорежущие 9—12 30—60
твердосплавные 9—12 к
5 Сверла быстрорежущие 10—60
твердосплавные 7—10
6 Зенкеры быстрорежущие 10—25
твердосплавные 10—15
7 Развертки быстрорежущие 0—45
твердосплавные 3—5

Зачистные режущие кромки параллельны подаче, позволяют
значительно уменьшить шероховатость обработанной поверхности при
Раздел 2 Проектирование режущих инструментов
работе с большими подачами, так как на обработанной поверхности
не остается остаточного несрезанного слоя. Эти кромки неэффектив-
ны в случае резания со скоростями, способствующими сильному на-
ростообразованию, так как частицы сорванного наросга сами по себе
не позволяют получить чистую обработанную поверхность. Поэтому
их предусматривают у твердосплавных и других резцов и торцовых
фрез, работающих с высокими скоростями резания, когда нарост прак-
тически отсутствует.

Длина зачистных кромок / больше подачи на оборот детали или
фрезы: для резцов /з=(1,2—2,0)5; для фрез /з=(1,3—1,5)50
(рис. 2.24). Увеличенная длина зачистной кромки фрезы позволяет
удалить с обработанной поверхности не только пилообразные несре-
занные остаточные слои 5 (следы работы каждого зуба), но и волну
с шагом 50, которая неизбежно получается из-за торцового биения
режущих кромок зубьев фрезы (рис. 2.24, в).

Зачистные кромки на всех зубьях фрезы не делают, так как мно-
гие из них будут подчищать обработанную поверхность с толщиной
среза до 0,01 мм, представляющей нормированную (допускаемую)
разность в высоте смежных зубьев.

В результате зачистные кромки большой длины будут резать по
наклепанному слою, а чаще всего — просто скользить и тсрсгься
по уже обработанной поверхности. Это сопровождается большими
осевыми силами и работой трения, в результате чего понижается
стойкость фрезы и могут наступить вибрации со всеми вытекаю-
щими последствиями. Поэтому на торцовых фрезах диаметром до
250 мм делают один, а на больших — два зачистных зуба. Эти
зубья должны быть самыми высокими, на 0,04—0,06 мм выше
всех остальных. Если зачистных зубьев два, то первый выше
обычных на 0,04—0,06 мм, а второй — на 0,04—0,06 мм выше
первого (рис. 2.24, б).

Задний угол у зачистных кромок принимают равным заднему вспо-
могательному углу.
Рис 2.24 Зачистные режущие кромки* а — резцов; б — торцовых фрез;

/ — основной зуб, 2 — зачистной зуб;
в — профиль фрезерованной поверхности

2.2.З.7. Улучшение геометрии инструментов

Общие положения. Как указывалось, геометрические парамет-
ры инструментов должны быть оптимальными по стойкости. Однако
обеспечить такие параметры не всегда возможно из-за ряда ограни-
чений, в том числе конструктивных. По частичному снятию таких
ограничений есть некоторые наработки, которые целесообразно рас-
смотреть.

Приоритетное значение приобретают мероприятия по увеличению
задних углов там, где они малы. Это естественно, так как отклонение
заднего угла от оптимального значения всего лишь на 5° понижает
стойкость Некоторых инструментов в четыре раза, в то время как
о!клонение переднего угла на ту же величину — всего лишь в два
раза. Кроме того, инструменты с нулевым или отрицательными пере-
дними углами в состоянии резать, тогда как инструменты с нулевыми
задними углами практически неработоспособны, а с отрицательными —
вообще не могут резать.

Из-за конструктивных ограничений сильно отличаются от опти-
мальных геометрические параметры сверл, фасонных резцов и фасон-
ных фрез, в том числе зуборезных, зуборезных долбяков, протяжек
генераторной схемы резания для обработки сложных профилей. Рас-
смотрим подробнее уязвимые места этих инструментов с точки зре-
ния геометрических параметров.

Улучшение геометрии фасонных резцов и фрез. Задние по-
верхности зубьев фасонных фрез затылованы для облегчения после-
дующих переточек после затупления. Затылование фасонных фрез,
как указывалось, проводят по схеме рис. 2.25. Фреза 1 равномерно
вращается, а затыловочный резец 2 от вращающегося кулачка 3
получает равномерное поступательное движение в радиальном на-
правлении по отношению к затылуемой фрезе, понижая заднюю
поверхность зуба фрезы в сторону спинки, обеспечивая тем самым
задний угол ав. За полный оборот кулачка фреза поворачивается на
угловой шаг е.

Рис 2.25. Схема затылования зубьев фасонных фрез.
/ — фреза, 2 — затыловочный резец; 3 — кулачок
Такое оформление задней поверхности зуба, называемое затыло-
ванием^ обычно по спирали Архимеда, обладает рядом преимуществ:
1) простота осуществления, так как легко изготовить кулачок, рабо-
чий участок профиля которого очерчен простой кривой — спира-
лью Архимеда, описываемой уравнением р=А0 (приращение ради-
уса-векюра р пропорционально углу его поворота 0);

2) простота переточек зубьев фрезы, поскольку переточки проводят
по передней плоскости, а не по задней поверхности сложной фор-
мы; высота профиля зуба А при этом сохраняется, так как кривая
сс/ — спираль Архимеда, хе — эквидистанта к ней (равноотстоя-
щая) в полярной системе координат; ширина зуба по эквидистанте
вдоль оси фрезы тоже не изменяется, поскольку воспроизводится
неизменной в этом направлении шириной резца;

3) задние углы при переточках изменяются в приемлемых пределах.
Поскольку есть преимущества затылованного зуба, то с позиций
диалектики должны быть и недостатки. Они состоят в том, что на
отдельных участках профиля нормальные, или так называемые боко-
вые задние углы, малы или равны нулю. Попытаемся установить взаи-
мосвязь между углом при вершине ави боковыми задними углами а№<
Величина затылования, или спад затылка К, — это понижение

задней поверхности зуба на угловом шаге зубьев фрезы в, измеренное
в радиальном направлении (рис.2.25). Это не что иное, как прираще-
ние радиуса-вектора спирали Архимеда на этом же угле.

/><7р=/></0; б/0=е=2л/х.

Из уравнения спирали Архимеда (А=р/0) 1/0=1§ав (из свойств
спирали). Для точки с р-Л/2, а 6=(1)/2)1ёав.

Окончательно, а

1§ав=^/яР. (2.1)

Угол при вершине ав — продольный задний угол на диаметре С
фрезы (сеч. 1—I. рис. 2.26). Поскольку по условиям формообразова-
ния спад затылка К для всех точек режущей кромки на любых
диаметрах фрезы одинаков (сравни К для точек (1 и е на рис. 2.25),
то, воспользовавшись уравнением 2.1, определим продольный задний
угол ах для точки X (сеч. II—II. рис. 2.26).
(2.2)

Поделив уравнение (2.2) на (2.1), получим:

1ёал=(1>/1\)18ав. (2.3)

Воспользуемся уравнением (1.5) для токарного проходного резца.
Выразим с1ёа через 1ёа, заменим угол ф резца на соответствующий
ему угол (90°-фх), примем угол Х-0, переиндексируем углы и с
достаточной для практических целей точностью получим:

После подстановки значения 1§ах взаимосвязь между боковыми
задними углами а№ и углом при вершине фрезы ав определится
уравнением

1ёа^=(Р/0х)1ёав51Пфх, (2.4)

где й — диаметр фрезы; Ох — диаметр, на котором расположена
рассматриваемая точка режущей кромки; фл — угол в плане в рас-
сматриваемой точке режущей кромки.

Такая же зависимость между углом при вершине и боковыми
задними углами у фасонных резцов, <ак как вид резца в плане и направ-
ление подачи такие же, как и у фасонной фрезы, соответствуют рис 2.26.

Рис. 2.26, Задние углы затылованного зуба фасонной фрезы
Рис. 2.27. Вид сверху на процесс
затылования зуба фасонной фрезы:
1 — затыловочный резец; 2 — зуб
фрезы; 3 — спиночная кромка зуба

линии, параллельной оси об-

Анализируя зависимость (2.4), нетрудно убедиться, что чем ближе
рассматриваемая точка режущей кромки к оси фрезы, оси круглого
фасонного резца или базе крепления призматического, тем больше
значения боковых задних углов. С уменьшением угла в плане боковые
задние углы уменьшаются вплоть до нуля, если Фх=0, что является
большим недостатком геометрии фасонных резцов и фрез с радиаль-
но затылованным зубом. В этом можно убедиться и без математи-
ческих выкладок, четко представив схему затылования зуба фрезы
или способ образования задних углов фасонных резцов.

В случае радиального затылования режущая кромка затыловочно-
го резца движется вдоль участка
1—2 и 5—6 режущей кромки
фрезы (рис. 2.27). Фреза при
этом вращается. Вид обработ-
ки повторяет подрезку торца
детали. Поэтому участки 1—2
и 5—6 режущей кромки и при-
легающие к ним задние поверх-
ности зуба лежат на торцовых
плоскостях фрезы. Они совпа-
дают с плоскостями резания
эюй фрезой. Нет никакого зазо-
ра между поверхностями реза-
ния и задними поверхностями
зуба фрезы во время ее работы.
Задние углы на этих участках
равны нулю. Самый большой
нормальный задний угол, как
видно на рис. 2.27, на участке
3—4, перпендикулярном направ-
лению затылования, а на участ-
ках 2—3 и 4—5 — меньше.

Фасонный резец обычной ус-
тановки поворачивают вокруг

рабатываемой детали, для отрыва его задней поверхности от плос-
кости резания и образования задних углов. Однако на участках
задней поверхности, перпендикулярных оси поворота, этого отрыва
не происходит. Задние углы равны нулю. Самый большой задний
угол — на участках, параллельных оси поворота, а меньший — на
наклонных.

Таким образом, исходя из пространственных представлений и ма-
тематических выкладок, приходим к заключению, что чем больше
режущая кромка отклоняется от оси обрабатываемой детали или оси
фрезы, тем меньше боковые задние углы у фасонных резцов, а также
фрез с радиально затылованным зубом.

Минимально приемлемые для работы боковые задние углы — 3°.
Если они меньше, их необходимо увеличивать или изыскивать другие
способы уменьшения трения на задних поверхностях с малыми зна-
чениями задних углов, особенно нулевыми. Увеличение заднего угла
при вершине ав мало влияет на увеличение боковых задних углов,
если угол в плане фх мал, меньше 15° (см. формулу 2.4), или совсем
их не изменяет, если фх=0 (участок кромки аЬ, рис. 2.28, а, л ж).
Остается в резерве угол фх.

Если профиль детали открытый, фх=0 только с одной стороны, для
увеличения угла фх используют дополнительный поворот резца в гори-
зонтальной плоскости (рис. 2.28, б,<7) или поворот детали при фрезеро-
вании (рис. 2.28, з). В результате поворота уменьшаются значения ф
и, соответственно, задние углы на других участках режущей кромки.
Поэтому угол поворота резца или детали должен быть таким, чтобы
угол в плане на участке аЬ не был больше, чем на других участках
кромки.

Увеличение задних углов на неблагоприятных участках профиля
фасонных резцов возможно дополнительным поворотом их в верти-
кальной плоскости, параллельной оси детали (рис. 2 28, в, е). Однако
для круглых фасонных резцов этот прием не используют (получают-
ся большие ошибки профиля детали), а заменяют его образованием
винтовой задней поверхности резца в направлении предполагаемого
поворота.

Если профиль детали закрытый (углы ф с обеих сторон равны
нулю, рис. 2.28, г/), то резец поворачивать нельзя, так как на противо-
Рис 2.28. Методы увеличения боковых задних (б, в, д, е, з, к)
и передних (л) углов фасонных резцов и фрез
Раздел 2. Проектирование режущих инструментов
положном участке сс! боковой задний угол станет отрицательным.
Нельзя также поворачивать деталь при фрезеровании, так как этот
участок невозможно образовать фрезой. В таких случаях затачивают
вспомогательные углы в плане ф1 (рис. 2.28, и). Вспомогательные
углы в плане ф, на участках аЪ и сс1 задних углов не создают, но
уменьшают трение на задних поверхностях этих участков инструмент
та. Поэтому фасонные фрезы целесообразнее затыловать с двух сто-
рон (косое затылование в направлении 5, рис. 2.28, к). Косое затыло-
вание образует задние углы на участках аЪ и с<1> но не обеспечивает
сохранения ширины В профиля фрезы при переточках по передней
поверхности зуба. Поэтому фасонные фрезы с двухсторонним косым
затылованием зубьев делают составными, а для восстановления ши-
рины профиля после переточек между ступицами половинок фрезы
ставят мерные прокладки-кольца. Для перекрытия режущих кромок
на стыке половин фрезы зубчатые венцы со стороны стыкующихся
торцов выполняют в виде кулачковой муфты.

У фрез открытого профиля с целью увеличения задних углов до
приемлемых значений вместо поворота детали (рис. 2,28, з) можно
делать косое затылование в направлении 8 (рис. 2.28, ж). В таком
случае фреза цельная, не составная

Одним из способов увеличения боковых задних углов фасонных
фрез является переход на остроконечную форму зубьев. Однако
переточку таких фрез надо осуществлять по задней поверхности в
специальных приспособлениях. Дополнительные затраты на такие
приспособления окупаются только при использовании фрез в усло-
виях массового или крупносерийного производства. Так, перевод
на остроконечную форму зубьев сборных червячных зуборезных
фрез повышает их стойкость в 10 раз, но снижает точность зубо-
обработки.

Когда профиль детали глубокий, то на участках, близко расположен-
ных к оси или базе крепления фасонного резца, передние углы могут
быть недостаточной величины. Их можно увеличить образованием на
передней поверхности резца лунки полуцилиндрической формы вдоль
режущей кромки на расстоянии 0,2—0,3 мм от нее (рис. 2.28, л).

8 Зак 2522

22*
Улучшение геометрии сверл. Геометрия стандартных спираль-
ных сверл с о)«30° не оптимальна по стойкости. Есть ряд существен-
ных недостатков, связанных с конструктивными и технологическими
ограничениями (рис. 2.29, а):

а) переменные вдоль кромки передние у и задние а углы;

б) отрицательный передний угол уйА у поперечной режущей кромки;

в) нулевые значения вспомогательных задних углов а1 на круглошли-
фованных ленточках.

Рис 2 29, Геометрические параметры сверла:
а — геометрические параметры; б — развертка винтовой линии стружечной
канавки на диаметрах с!и с1х сверла

Во время фрезерования стружечных канавок заготовка сверла рав-
номерно вращается, а канавочная фреза равномерно перемещается
вдоль оси заготовки, образуя винтовую стружечную канавку. Поэтому
шаг винтовой стружечной канавки Т одинаковый на всех расстояниях
от оси сверла, а угол наклона канавки со изменяется (рис. 2.29, 6).

1§со=лс//Т; 1§шх=лс/г/Т.

Поэтому 1§сох=(с/х/с/)12со. Но ох— продольный передний угол у .

Используя уравнение (1.13), можно записать:

18Ух=(с/х/</)18С081Пф+1ёуйхсо8(р.

Поскольку поперечный передний угол уйх отрицательный
(см. рис. 2.29, а\ то

=(<//8 со з 1 п (р—I §у/мс о 8 ср.

Поперечный передний угол уйх=агс$1п(с/

Окончательно значение нормального переднего угла сверла в лю-
бой точке режущей кромки можно вычислить по формуле

1§Ул = (с7х/с/)1^С081Пф-г§(аГС81П(с/с/с/л))с08ф. (2.5)

Зависимость (2.5) с достаточной степенью точности отражает
взаимосвязь между углами ух, ф и со сверла и выявляет уменьшение
переднего угла вдоль кромки от периферии к оси сверла. Если ф=90°,
ю у на периферии сверла равен со, а в случае ф=0 — нормальный
передний угол отрицательный и равен поперечному переднему углу.
Это соответствует геометрическим представлениям по рис. 2.29, а
Формулы, приведенные в некоторых источниках, в том числе в учеб-
ной литературе, ошибочны, так как отражают обратную приведенной
зависимость переднего угла от угла в плане.

Главные задние поверхности сверла затылованы так же, как и у
фасонных фрез, поэтому можно воспользоваться зависимостями (2.3)
и (2.4) для установления связей между задними углами сверла. В
случае затылования вдоль оси сверла

ГёаМг=(^/б7х)18<Х81Пф; (2.6)

1§ах=(^/4?х)1ёа, (2.7)

где а№ — нормальный задний угол в точке х режущей кромки сверла;
ах — продольный задний угол, или просто задний угол в точке т;
а — продольный задний угол, или просто задний угол на периферии сверла:
<7 — диаметр сверла; <7 — диаметр, на котором расположена точка х
В отличие от переднего угла задний угол от периферии к центру
сверла увеличивается. Изменения углов ух и а№ значительные
(см. табл. 2.4). Поэтому эти углы не могут быть оптимальными во
всех точках режущей кромки.

Таблица 2.4. Передние ух и задние углы сверла
диаметром 20 мм с о=30° и ф=60°

Место рас! голоже! нтя рассматриваемой точки режущ# кромки Параметры
статические* кинематические **
Ух а№ Ух ам
На наружном диаметре 23° 8° 23°20 7°4а
На диаметре 10 мм 5°20' 13°4а 5°50’ 13°10
На С1ыке равной и по! юречной режу! I их кромок -12°4а 25° -11°40 24°

* —рассчитаны по ([ормупам 2 5 и 2 6, <

** —рассчитаны с учетом изменений. 1 «ривносимых максимально возможной подачей

Исправить положение можно путем плоской заточки задних глав-
ных поверхностей и передних на рабочем участке, как это делают у
шнековых сверл.

На поперечной режущей кромке (перемычке) передний угол упк
сильно отрицательный (рис. 2.29, а). На ее долю приходится свыше
50 % осевой силы резания. Для облегчения работы сверла перемыч-
ку подтачивают. Различают три основных вида подточки: обычная
(с;гандартная); по методу ГАЗ (Горьковского автомобильного завода);
по методу Жирова.

Стандартная подточка самая простая и состоит в вышлифовы-
вании части сердцевины сверла на небольшой длине вдоль стружеч-
ной канавки. Ширина перемычки сокращается на 30—50 % за счет
увеличения длины режущих кромок с некоторым увеличением перед-
них углов на них (рис. 2.30, а).
Подточка по методу ГАЗ не сокращает ширины перемычки, а
образует на ней положительные 3—5° передние углы с одновремен-
ным увеличением главных передних углов у перемычки (рис. 2.30, б).
Узкую часть перемычки (0,1—0,2 мм) у оси сверла не подтачивают.
Рекомендуется при сверлении стали — в два раза уменьшает осевую
силу и почти на столько же повышает стойкость сверла.

Рис 2.30 Виды подточек перемычки сверла, а — стандартная;
б — по методу ГАЗ, в — по методу Жирова

По методу Жирова перемычку вообще вырезают на небольшой
длине сверла (рис. 2.30, <?). Вместо нес на сверле образуются две
выступающие кромки. Сверло становится как бы двухвершинным.
Эффективность почти такая же, как и по методу ГАЗ, но из-за ос-
лабления вершин рекомендуется при обработке чугуна.

Для уменьшения трения и повышения стойкости сверл затачи-
вают задние углы 6—5° на участках круглошлифованных ленто-
чек длиной 1,5—4 мм от вершины зуба с оставлением нетронутыми
части ленточек шириной до 0,3 мм. Такая подточка ленточек реко-
мендуется у сверл для обработки вязких металлов, склонных к нали-
панию на поверхностях трения.

К методам улучшения геометрии сверл относят также заточ-
ку переходных режущих кромок (двойную заточку).

Сверла диаметром до 12 мм подточкам не подвергают, так как
ширина ленточек у них небольшая, перемычка короткая, в связи с
чем подточки сложные, а эффективность их малая.

Улучшение геометрии зуборезных долбяков. У долбяков пе-
редние и задние углы вдоль режущей кромки тоже не постоянны.
Убедимся в этом, установив между ними взаимосвязь.

Зубья долбяка образуют методом обкатки инструментальной рей-
кой. Для получения задних углов исходный контур рейки от передней
плоскости и дальше вдоль оси долбяка равномерно смещают, прибли-
жая его к оси долбяка. Поэтому долбяк можно представить как набор
бесконечно тонких зубчатых колес с разным смещением исходного
контура рейки — от положительного (от оси) в передней плоскости до
отрицательного (к оси) на заднем торце. Поэтому в любом осевом
сечении долбяка У—У (рис. 2.31) задний угол можно считать одина-
ковым и равным заднему углу при вершине ав.

Зуб долбяка в плане повторяет резец с вектором подачи 8 в любой
точке, перпендикулярным радиусу-вектору Вх в этой точке, так как
подача зуба долбяка круговая. По аналогии с резцом сечение К—У,
перпендикулярное подаче, назовем продольным, Х—Х, по подаче —
поперечным, а нормальное к проекции режущей кромки на
основную плоскость, — нормальным.

Для установления взаимосвязей между углами долбяка в различ-
ных секущих плоскостях воспользуемся формулами для пересчета
углов резца, выполнив переиндексацию геометрических параметров.

Для проходного токарного резца У Упр У» а (Хпр ап фх
Для долбяка Убх У У'б ССбх ав а'&г 90°-ах

Уравнение (1.9) для резца у долбяка примет вид:
У со8(90-ах)+1§ у^ 8ш(90-ах).
Рис, 2,31 Схема для пересчета углов долбяка

X—АТУ—К; #— эвольвентообразующая прямая (нормальная к профилю);

гв— радиус основной окружности

Передняя поверхность долбяка коническая, и передний угол у в
любом радиальном сечении одинаков, а в поперечном сечении X—.X
у'6х мал, им можно пренебречь. Точность расчетов останется прием-
лемой для целей практики. Поэтому уравнение связи между передни-
ми углами долбяка следующее:

(2.8)

Для установления взаимосвязи между задними углами воспользу-
емся уравнениями (1.5) и (1.1) токарного резца. С учетом переиндек-
сации параметров для долбяка они примут вид:
а в=а бг 81па х-X соза х;

Ш Т=Ъ Тс» «та х Ш X соза х.

Решив эти уравнения совместно с уравнением (2.8) относительно
абг, получим:

с*§абх = с1§ав/зшах-1$у с1§ ахсозах. (2.9)

Если пренебречь влиянием угла X, а это влияние действительно
незначительное, так как X — функция небольшого по величине перед-
него угла у, то, используя уравнение (1.5), можно получить упрощен-
ную формулу, достаточно точную для целей практики:

<§аб^§ав81пах. (2.10)

Действительно, если для долбяка со стандартными значениями
у=5° и а=6° рассчитать значения на делительной окружности, то
по уравнению (2.9) абг «2°20\ а по уравнению (2.10) — 2°. *

Перепишем для долбяка уравнение (1.11).

с1& а = с!§ а в 51п а х + с!§ а'бх соз а х.

Решив его совместно с уравнением (2.9) и выполнив соответству-
ющие преобразования, получим выражение для вычисления попереч-
ного заднего угла:

с*ё «бх = аа в Г). (2.11)

С точностью, достаточной для практических целей, вычислим а'6х,
решив совместно уравнение (1.6), переписанное для долбяка, приняв
Х=0 (сС§ а'бд. = с1§ а бх созах), и уравнение (2.10):

1§ах. (2.12)

Уравнения (2.8)—(2.12) содержат угол давления ах.

Созау ~гв/Кх (рис.2.31), где г* — радиус основной окружности
долбяка, а Кх — радиус окружности, на которой расположена точка х.
Для точки, расположенной на делительной окружности, созад = г / Я,
где ад — угол давления, равный в данном случае углу зацепления а,
а Я — радиус делительной окружности. Поэтому гв = Ясоза, а
и гв=(/лг/2)со$а. Окончательно неизвестный угол ах можно вычис-
лить по формуле:

созах =(тг/2Ях) соза. (2.13)
Уравнения (2.10) и (2.12), как уже отмечалось, приближенные, но
с достаточной степенью точности отражают взаимосвязь между
задними углами зубьев долбяка и легко поддаются анализу, который
выявляет, что при перемещении от вершины зуба к его основанию
задние нормальные углы аб< и поперечные а'бх уменьшаются вплоть
до нуля на основной окружности. Такой же характер и степень
изменения нормального переднего угла (см. уравнение 2.8). Есте-
ственно, что стойкость долбяка низкая. Увеличить боковые задние
и передние углы можно за счет увеличения углов при вершине:
у и ав. Однако это влечет за собой понижение точности зубообра-
ботки. С увеличением этих углов глубина профиля изделия все
больше и больше отличается от высоты профиля зуба долбяка ки
(рис. 2.32). Поэтому для нарезания колес более низкой точности

Рис. 2 32. Изменение высоты профиля детали с увеличением ави у долбяка,
й — высота зуба долбяка; Н, — глубина профиля детали при у' и а\;
К’ — то же при у" и а"в
возможно увеличение у до 15° и ав до 9°. Это позволяет увеличить
стойкость долбяков в 3—4 раза по сравнению с долбяками, имею-
щими стандартные у=5° и ав=6° [125].

Боковые передние углы долбяка можно увеличить, заглубив перед-
нюю поверхность зуба вдоль боковой режущей кромки, как это дела-
ют у твердосплавных многогранных неперетачиваемых пластин, ос-
тавляя при этом у кромки нетронутую исходную переднюю поверх-
ность в виде полоски небольшой ширины /(рис. 2.33, а). Подобным
образом увеличивают боковые передние углы червячных зуборезных
фрез (рис. 2.33, б). Осуществить такую заточку передней поверхно-
сти очень просто у фрез сборной конструкции.

Другой способ увеличения передних углов состоит в том, что
переднюю поверхность долбяка делают не просто конической, а кони-
ческой многоярусной, состоящей из нескольких конусов, основания
которых лежат в плоскости ас, перпендикулярной оси долбяка
(рис 2 33, с) Режущая кромка при этом становится пилообразной,
что в некоторой мере увеличивает волнистость профиля зуба нареза-
емого колеса, но в целом точность зубодолбления даже повышается.
Высота режущего контура зуба долбяка в проекции на изделие, а
стало быть, и высота профиля зуба изделия почти равны высоте
профиля зуба долбяка (Ад»Ли), так как ув по вершинам пилообразной
кромки равен нулю (см. рис. 2.33, в). Если бы передняя поверхность
была классически конусной под углом ук, даже меньшим, чем у у
предлагаемой конструкции (см. образующую аЬ, рис. 2.33, в ), то
высота профиля детали к'д была бы больше высоты профиля зуба
долбяка йи. Многоярусная передняя поверхность открывает возмож-
ность увеличения заднего угла при вершине ав, что позволяет
дополнительно повысить стойкость долбяка без заметного понижения
точности зубообработки по сравнению со стандартными долбяками,
имеющими у=5° и ав=6°.

Улучшение геометрии других инструментов. Неблагоприят-
на геометрия у отрезных, прорезных и пазовых фрез, метчиков,
протяжек генераторной и других схем резания для обработки внут-
ренних контуров.
Рис 2.33. Некоторые способы увеличения передних углов зуборезных
долбяков (а, в) и червячных фрез (б): к*— высота зуба инструмента;

Ад — высота зуба колеса, нарезанного долбяком с многоярусной формой
передней поверхности, И — высота зуба колеса, нарезанного долбяком с
традиционной передней поверхностью аЬ под ^ук

У отрезных и прорезных фрез задние вспомогательные углы
равны нулю. Для уменьшения трения вспомогательных режущих кро-
мок о тело обрабатываемой детали предусматривают вспомогазель-
ные углы в плане ср1 (толщину тела фрезы от периферии к посадоч-
ному отверстию уменьшают, делают так называемое поднутрение).
Однако и эти углы малы, ограничиваются прочностью тела фрезы

(рис. 2.34, а). С целью увеличения углов ф( у прорезных фрез поднут-
рение выполняют не по всему телу фрезы, а только на высоте к

(рис. 2.34, б), минимально необходимой для работы. Можно заточить

вспомогательные задние углы, как у дисковых трехсторонних фрез.

Стойкость при этом будет выше,
однако увеличивается трудоемкость
изготовления фрез. Для оценки эко-
номической эффективности такого
мероприятия необходимо провести
сравнительные стойкостные испыта-
ния фрез с а^О и а^О и оценку
целесообразности а{>0 по критерию
минимума приведенных затрат

Заточку можно предложить и
у дисковых пазовых фрез, выбрав
оптимальное сочетание а1 и фр со-
храняющее ширину фрезы после
стачивания при переточках в преде-

лах, допускаемых отклонениями на
ширину фрезеруемого паза. Но это
уже будет дисковая трехсторонняя
фреза Рис 2 34. Заточка углов ф}

У * обычных, классических, У пР°Резных фрез: ф16>Ф|<,
протяжек генераторной схемы резания задние вспомогательные
углы равны нулю (см. рис. 2.7, в). Для уменьшения трения на
вспомогательных задних поверхностях зубьев протяжек можно пред-
ложить более совершенные схемы резания (см. рис. 2.11).
Наиболее просты в изготовлении протяжки со схемами резания а и
в. Лучшей из них является схема в, так как помимо образования
вспомогательных задних углов а) протяжка получает дополнительно
угол в плане фг Здесь необходимы специальные расчеты, чтобы
несрезанные остаточные слои припуска О не выходили за пределы
ноля допуска на ширину паза. Как правило, углы а1 в этом случае
небольшие. Увеличить их значения можно, выполнив протяжки по
схеме резания б. Однако требуется раздельная заточка по вспомога-
тельным задним поверхностям каждого зуба. Возрастает трудоем-
кость изготовления протяжки и ее стоимость. Кроме того, требуется
рассчитать допустимое значение а1 таким образом, чтобы после
выполнения всех возможных переточек протяжки ширина протянутого
паза не вышла за пределы поля допуска. Рассмотренные схемы
резания можно предложить и для других генераторных протяжек с
профилем зубьев, допускающим использование этих схем.

Вспомогательные задние углы у стружкоразделительных канавок
протяжек одинарной схемы резания можно обеспечить путем их раз-
дельного образования по левым и правым сторонам (см. рис. 2.12, б).

У протяжек профильной схемы резания для обработки замкнутых
контуров или контуров, закрытых с трех сторон, задние углы малы,
ограничены точностью обработки. Тем не менее для конкретных
случаев работы, задавшись предельной величиной стачивания зубьев
протяжки по передним поверхностям, рассчитывают максимально
допустимые значения задних углов, которые могут оказаться больше
рекомендуемых в справочной литературе.

У машинных и машинно-ручных метчиков вспомогательные
задние углы, образуемые затылованием резьбы по профилю, тоже
очень малы, не превышают 20*. Ограничиваются точностью обработ-
ки из-за неустойчивости работы метчика. В случае больших значений
а{ наступают осевые вибрации метчика, снижается его стойкость,
обработанные резьбовые поверхности становятся волнистыми, и, ес-
тественно, точность резьбообработки уменьшается. Трение на боко-
вых поверхностях резьбы метчика становится значительно меньшим,
если обеспечить ему работу по схеме резания на рис. 2.11, г. Такие
метчики называют корригированными. Они незаменимы для нареза-
ния резьбы в труднообрабатываемых материалах, так как их стой-
кость значительно выше. Расчеты параметров см. п. 1.8.1.

Задние главные углы у метчиков тоже не оптимальные по стойко-
сти. Они малы. Ограничения связаны с условиями работы. При боль-
ших а во время вывертывания метчика стружка и корни стружек в
глухих резьбовых отверстиях попадают под затылочные поверхности
метчика и скалывают режущие кромки (см. рис. 2.16). Если выпол-
нить метчик обоюдоострым за счет седлообразного затылования или
плоской заточки по задним главным поверхностям, то даже при боль-
ших значениях задних углов стружка не может попасть под затыло-
вочные поверхности, а корни стружек срезаются спиночными кромка-
ми (см. рис. 2.17).

Контрольные вопросы

1. В чем состоит сложность оптимизации геометрических парамет-
ров инструмента? Критерии оптимальности геометрических пара-
метров.

2. Влияние геометрических параметров на стойкость инструмента.

3. Выбор формы рабочих поверхностей инструмента.

4. Выбор передних и задних углов, углов в плане и углов наклона
режущих кромок.

5. Ограничения в выборе оптимальных значений углов заточки инст-
рументов.

6. Влияние переходных и зачистных режущих кромок на работоспо-
собность инструментов.

7. Недостатки геометрии сверл, фасонных резцов и фрез, зуборезных
инструментов, дисковых, пазовых, отрезных и прорезных фрез,
протяжек одинарной, профильной и генераторной схем резания.
Способы улучшения геометрии.

8. Использование зависимостей между передними и задними углами
резца в различных секущих плоскостях для получения аналогичных
зависимостей у всех остальных инструментов. Показать на приме-
рах пересчета углов сверл, долбяков, фасонных резцов и фрез.

2'2«4. Выбор способов формирования
и отвода стружки из зоны резания

Беспрепятственный отвод стружки от режущей кромки инструмен-
та и достаточное пространство для ее размещения являются непре-
менным условием нормальной работы инструмента. Конструкция ин-
струмента не должна допускать встречных потоков стружки на пе-
Раздел 2 Проектирование режущих инструментов
родней поверхности, широкую стружку и сложную форму ее попереч-
ного сечения. Для этого необходимо выбирать рациональные схемы
резания и предусматривать стружкоразделительные канавки при ши-
роком, особенно сложной формы, срезе (протяжки, фрезы, сверла).

При скоростном точении требуется принудительное завивание и
дробление стружки, поскольку сливная стружка, сходящая в виде
«шпаги» с высокой скоростью, представляет опасность для рабочего,
может вызвать поломку элементов технологической системы и на-
рушение рабочего цикла, так как наматывается на деталь, инстру-
мент, станок. Поэтому при скоростном точении на передней поверх-
ности резцов делают разного рода препятствия на пути схода струж-
ки: порожки, вышлифованные или напаянные на передней поверхности,
выкружки, мелкие доведенные лунки и лыски (рис. 2.35), которые
изменяют направление движения стружки и заставляют ее завиваться
или ломаться. На многогранных неперетачиваемых пластинах порож-
ки, выкружки, лунки, лыски получают прессованием при изготовлении
пластин. Кроме того, для завивания и ломания стружки используют
разного рода внешние устройства: накладные стружколомы (порож-
ки), которыми могут служить прихваты для крепления пластин твер-
дого сплава, экраны. Внешние устройства упрощают заточку резцов
и увеличивают число переточек по сравнению с устройствами, выра-
ботанными непосредственно на передней поверхности резца.

Для других инструментов, например сверл для глубокого сверле-
ния, можно рекомендовать порожки как наиболее целесообразные
устройства для дробления стружки.

Завивание и ломание стружки можно обеспечить одинаковыми
устройствами. Так, порожек на пути схода стружки обеспечивает ее
завивание (рис. 2.36, а). Если его приблизить к режущей кромке, то
стружка, не успевая сделать завиток, упрется в поверхность резания
и сломается, т.е. будет происходить дробление стружки (рис. 2.36, б).
Этот пример иллюстрирует положение о том, что для каждого соче-
тания элементов режима резания (скорость, подача, глубина) суще-
ствуют вполне определенные параметры указанных стружкоформиру-
ющих устройств. Поэтому они не могут быть универсальными и не
обеспечивают завивания и ломания стружки при изменяющихся эле-
Рис, 2 35, Схемы устройств для формирования стружки при точении*
а — выкружка, б — порожек, вышлифованные на передней поверхности
пластины; в — доведенная микролунка; г — доведенная микролыска (микро
порожек), д — выкружка, полученная при прессовании неперетачиваемой
многогранной пластины; е — напаянный порожек; ж —накладной порожек
в виде прихвата для крепления пластины; з — кинематический способ
дробления стружки; и — стружколомающий экран, к, л — многоступенча-
тые устройства формирования стружки
Рис, 2 36, Принципиальные схемы завивания (а)
и ломания (б) стружки при скоростном точении

ментах режима резания: отрезка детали, подрезка торца, снятие фас-
ки, обработка по контуру, в том числе на станках с ЧПУ. Для дости-
жения универсальности ряд зарубежных фирм на передней поверхно-
сти многогранной неперетачиваемой пластины располагает лунки,
выкружки, порожки разных размеров и формы на разном расстоянии
от режущей кромки, обеспечивая завивание и ломание сгружки в
более широком диапазоне глубин резания и подач (рис. 2.35, к, л).
Так, пластина формы на рис. 2.35, к обеспечивает надежное дробле-
ние стружки при точении с подачами 0,1—0,9 мм/об и глубиной
0,5—18,0 мм. Лунка 1 предназначена для ломания стружки при пода-
чах 5<0,3 мм/об и глубинах резания /=0,5—3,0 мм, канавка 2 — для
работы в диапазоне 5=0,2—0,6 мм/об и /=0,5—14,0 мм,
канавка 3 — для 5=0,5—0,9 мм/об и /=1—18 мм. Если ни одно из
рассмотренных устройств нс обеспечивает должного формирования
стружки, прибегают к кинематическому способу дробления, основан-
ному на прекращении или уменьшении подачи через определенные
промежутки времени.

Существует много способов кинематического дробления. Один из
них приведен на рис. 2.35, з. Резец 2 вместе со всей системой 3—б
и суппортом станка получает равномерное поступательное перемеще-
ние подачи. Вращающийся кулачок 5 через рычаг 6 сообщает резцу
возвратно-поступательные движения. При возвратном движении рез-
ца его рабочая подача прекращается или значительно уменьшается;
счружка утончается и обрывается. Длина стружки зависит от часто-
ты вращения кулачка. Защелка 3 и пружина 4 обеспечивают по-
стоянный контакт между резцом и рычагом.

В случае проектирования многозубых инструментов желательно
предусматривать вывод стружки из канавок за счет выбора надлежа-
щего направления и значений углов наклона стружечных канавок
(сверла, рис. 2.37, б; метчики; протяжки, рис. 2.37, в и др.) или за счет
устройства разного рода стружкоотводящих каналов (протяжки, спе-
циальные сверла для глубокого и кольцевого сверления), по которым
стружка самопроизвольно выходит из стружечных канавок
(рис. 2.37, г) или вымывается струей СОЖ, подаваемой под давлением
(рис. 2.37, г)) Вывод стружки из канавок способствует повышению
стойкости инструмента, так как улучшается доступ СОЖ в зону
резания, повышает его производительность за счет уменьшения шага
зубьев инструмента в связи с уменьшением размеров стружечных
канавок и является единственно возможным способом обеспечения
протягивания длинных поверхностей. Если вывод стружки невозмо-
жен (рис. 2.37, е, ж\ то размеры стружечных канавок должны быть
достаточными для свободного размещения стружки, а их форма не
должна допускать концентраторов напряжений и обеспечивать сво-
бодное формирование стружки: ее естественный завиток не должен
защемляться в канавке. Стружка занимает в 3—4 раза больший
объем, чем объем срезанного слоя материала, и если она не сможет
разместиться в канавке, то возрастают силы резания и зубья инстру-
ментов ломаются. К таким же последствиям приводит защемление
стружки в канавках. После выхода зуба инструмента из работы
Рис. 2 37. Примеры реализации способов отвода стружки из зоны резания,
вывод из стружечных канавок а — точение, б — сверление;

в , г — протягивание, д — сверление, вымывание из стружечной канавки
смазывающе-охлаждающей жидкостью; размещение в канавках:
е — фрезерование, ж — протягивание
стружка остается в канавке, и при повторном его входе в работу
канавка переполняется стружкой и зуб ломается. Поэтому при конст-
руировании подобных инструментов (фрезы, протяжки) проводят спе-
циальные расчеты на размещение стружки.

Минимальные размеры и форма стружечной канавки, отвечающей
приведенным требованиям, показана на рис. 2.37, ж. Сливная струж-
ка, завиваясь в спираль, занимает активную зону радиусом Л Поэто-
му глубина стружечной канавки к должна быть не меньше диаметра
стружечного валика 2/?, а ее донышко очерчено по дуге радиусом К
во избежание защемления стружки в канавке.

Расчет стружечной канавки на размещаемость стружки очень
простой. Площадь активной зоны канавки яЛ2/4 и площадь, занимае-
мая стружкой, — а1к должны быть равны. Отсюда минимальная
глубина стружечной канавки

А=2(аШтг)0’5, (2.14)

где а — толщина среза; I — длина среза; к — коэффициент размеща-
емое™ стружки, характеризующий увеличение площади стружечного
валика по отношению к площади срезанного слоя.

При сливных стружках Л=3—4, а при стружках надлома к=2—3,
поскольку стружка надлома занимает полный объем канавки, а не
только активную зону. Меньшие значения к принимаются для боль-
шей толщины среза, так как стружка плотнее упаковывается.

Полную глубину стружечной канавки (высоту зуба) фрезы, про-
тяжки или другого инструмента делают больше минимальной на ве-
личину стачивания зуба при переточках.

Контрольные вопросы

1. Необходимость формирования и отвода стружки из зоны резания.
2. Принцип действия устройств по формированию стружки.

3. Устройства для формирования стружки, выработанные на перед-
ней поверхности инструмента.

4. Накладные стружколомы.

5. Кинематические способы дробления стружки и области их приме-
нения.
6. Достоинства и недостатки различных методов формирования
стружки.

7. Расчет стружечной канавки на размещаемость стружки.

8. В чем состоит целесообразность вывода стружки из стружечной
канавки?

9. В каких случаях свободный вывод стружки из стружечной канав-
ки крайне необходим?

10. Способы вывода стружки из стружечных канавок различных ин-
струментов.

2.2.5. Расчет зубьев и тела рабочей части инструмента
на прочность и жесткость

Прочность и жесткость зубьев и тела рабочей части инструментов
должны быть минимально достаточными. Расчеты на прочность и
жесткость выполняются на основе теории прочности по методикам
сопромата. Однако из-за сложности формы тела ряда инструментов,
концентрации напряжений в местах перехода от одной поверхности
инструмента к другой и в местах соединения режущих элементов и
корпуса, сложного нагружения инструмента силами резания и боль-
шой хрупкости режущих материалов точные расчеты на прочность
сделать нельзя. В сложности нагружения можно убедиться на приме-
ре простейшего инструмента — токарного прямого проходного резца.
Он представляет собой консольную балку, нагруженную в вершине
силами Р2, Рх (рис. 2.38). Силы Р2 и Р* изгибают резец в двух
плоскостях и закручивают его. Сила Р* вызывает сжатие и продоль-
ный изгиб. Кроме того, под действием этих сил резец подвергается
срезу.

Прочность изучают экспериментально путем определения макси-
мально допустимого сечения среза, подач на зуб или ломающих
нагрузок. Эти сведения для стандартных и широко используемых
инструментов приводятся в справочной литературе. Для специальных
инструментов, не имеющих стандартных прототипов, выполняют при-
ближенные расчеты с учетом нагрузок, определяющих главное напря-
жение. Так, резцы и зубья многолезвийных инструментов рассчиты-
вают как консольные балки, защемленные одним концом, нагружен-
ные только силой Р^ сверла, зенкеры, развертки, метчики рассчиты-
вают на кручение, протяжки — на растяжение и т.д. При этом при-
нимают большой коэффициент запаса по прочности.

Рис. 2 38. Схемы действия на резец сил резания

В настоящее время известен очень точный метод расчета —
метод конечных элементов. Разработаны подходы к расчетам проч-
ности. Однако расчеты сложные, могут быть выполнены на ЭВМ по
специальным программам, разработка которых требует больших зат-
рат времени и высокой квалификации. Уже разработанные программы
на отдельные инструменты не решают проблемы в целом, и поэтому
метод пока не нашел широкого применения.

В процессе проектирования следует обращать особое внимание на
недопущение концентраторов напряжений в местах перехода от одной
поверхности к другой. Переходы должны быть плавными, острые
внутренние углы не допускаются.

2.2.6. Оптимизация шага, размеров, формы зубьев и
стружечных канавок

Шаг, р’азмеры, форма зубьев и стружечных канавок многолезвий-
ных инструментов не только взаимосвязаны, но и взаимозависимы.
От шага зубьев при всех прочих равных условиях зависи! число
одновременно режущих зубьев, суммарное сечение среза и, значит,
производительность резания. Шаг зубьев, в свою очередь, определя-
ется размерами зуба и стружечной канавки, а от формы и размеров
зуба зависят форма и размеры стружечной канавки. Поэтому реше-
ние задач по выбору этих параметров целесообразно рассмотреть в
диалектической связке с позиций комплексного критерия оптимально-
сти — минимума приведенных затрат на операции использования
инструмента, это значит — с позиций производительности и экономич-
ности инструмента. Удельная энергоемкость процесса резания от этих
параметров не зависит.

На первый взгляд кажется, что с уменьшением шага увеличивает-
ся число одновременно режущих зубьев и повышается производи-
тельность резания. Это справедливо, но при условии сохранения тол-
щины среза каждым зубом. Последняя при меньшем шаге тоже
должна быть меньше, так как уменьшается объем стружечной канав-
ки и меньший объем стружки может в ней разместиться. На произ-
водительность обработки шаг влияет не сам по себе, а через суммар-
ное сечение среза Е/7.

ЪР=аЪ1ц

где а — толщина среза; ЪЬ — суммарная ширина среза одновременно
режущими зубьями.

ЪЬ=Ьп,

где Ъ — ширина среза одним зубом, для инструмента с конкретной
схемой резания величина постоянная; п=ПР — число одновремен-
но режущих зубьев; I — длина пути резания, для конкретных усло-
вий работы величина постоянная; Р — шаг зубьев инструмента,
представляет собой сумму параметров зуба и стружечной канавки
инструмента.

С округлением в пользу расчета

Р=к+Н (рис. 2.39),

где А — наименьший размер активной зоны стружечной канавки
(наименьшая высота зуба); Н — минимальная толщина зуба.

Наименьший размер активной зоны канавки /? определяем по формуле
Л=2(аШя)Ч

(2.14)

Поскольку нас интересует взаимосвязь между а и ЭД которые
являются переменными при решении поставленной задачи, все посто-
янные величины здесь и далее будем объединять одной константой С.

Рис 2 39. Схема для определения шага зубьев:
А — активная зона стружечной канавки или стружечный валик диаметром Л

Условно приняв постоянным, не зависящим от а, значение к, полу-
чим:

Л=С\а05. (2.15)

Из условий прочности на изгиб консольной балки, нагруженной
силой Р.: Р к=(КьВН2)1в (рис. 2.39), минимальная толщина зуба

(2.16)
где Кь — допускаемое напряжение на изгиб; для конкретного режуще-
го материала величина постоянная; В — ширина зуба инструмента
(длина), для конкретного инструмента величина постоянная.

Сила резанияР{яС Ьха\ Подставив значение Рг в уравнение (2.16),
получим:

Н^(6СЬха^1ВКьУ\ (2.17)

Решив совместно уравнения (2.15) и (2.17) и объединив постоян-
ные, вычислим
Из теории резания известно, что у«0,75. Поэтому Я=С\#0П$, а
шаг зубьев

Р=С}а*>5+С2а^31\ (2.18)

Упростим выражение (2.18) с допущениями в пользу расчета:

Р=С3а0Л. (2.19)

Тогда число одновременно режущих зубьев п~ИР, или

и=С4/а°>5, (2.20)

а суммарная ширина среза НЬ-Ьп, или

16=С5/л0$. (2.21)

Суммарное сечение среза НР=аПЬ, или

Е^=С5а0’5. (2.22)

Анализируя уравнения (2.19)—(2.22), убеждаемся в том, что с
увеличением толщины среза увеличивается шаг зубьев Р, уменьшает-
ся число одновременно режущих зубьев п и суммарная ширина среза
Ей, но суммарное сечение среза ИР растет. Например, с увеличением
толщины среза а в четыре раза шаг зубьев увеличивается только в
два раза, во столько же раз уменьшается число одновременно режу-
щих зубьев и суммарная ширина среза, но суммарное сечение среза
увеличивается при этом в два раза.

Производительность резания П характеризуется объемом металла,
срезаемого в единицу времени: П=БГ7ц или

П=С6а0Ду, (2.23)

где V — скорость резания; I — длина пути резания одним зубом
инструмента.

Для чистовых инструментов, работающих в зоне температур реза-
ния ниже оптимальных, с увеличением толщины среза нет необходи-
мости уменьшать скорость резания. Поэтому увеличение толщины
среза несомненно приводит к заметному повышению производитель-
ности. Для инструментов, работающих со скоростями выше опти-
мальных по стойкости, с увеличением толщины среза скорость реза-
ния необходимо уменьшать для обеспечения прежней стойкости инст-
румента. Однако это уменьшение, как известно из теории резания,
намного меньшее, чем увеличение толщины среза. Например, с уве-
личением толщины среза в четыре раза (от 0,1 до 0,4 мм) при
фрезеровании быстрорежущими цилиндрическими фрезами скорость
резания необходимо снизить в 1,7 раза. Вычисленная по формуле
(2 23) производительность резания увеличивается при этом на 20 %.
Более точные расчеты без принятых ранее допущений могли бы
выявить большее повышение производительности.

Учитывая приоритетное влияние толщины среза на производитель-
ность резания, можно предложить следующий методический план
оптимизации параметров зуба, стружечной канавки и шага зубьев
цельных и составных многолезвийных инструментов (фрез, протяжек),
а) выбор максимально допустимой толщины среза на зуб с учетом
ограничений по жесткости технологической системы, точности
обработки, шероховатости обработанной поверхности и другим па-
раметрам;

б) расчет минимально допустимых размеров канавки по условиям
свободного размещения стружки;

в) расчет минимально допустимой по прочности или жесткости тол-
щины зуба;

г) расчет минимального значения шага по размерам стружечной ка-
навки и зуба инструмента.

Спроектированный таким образом инструмент не допускает перето-
чек, является инструментом разового пользования. Естественно, его
нельзя назвать оптимальным, особенно если стоимость инструмента
высокая. Необходимо увеличить размеры зуба, высоту или толщину, на
величину стачивания в зависимости от того, по каким поверхностям
выполняют переточки, задавшись числом допускаемых переточек.

Определить оптимальное число переточек достаточно сложно-
Приходится принимать компромиссное решение между производи-
тельностью инструмента и его экономичностью. С увеличением чис-
ла переточек растет срок службы инструмента, затраты на инстру-
мент, отнесенные к одной обработанной детали, уменьшаются. Но
при этом увеличивается толщина зуба, даже в случае переточек но
задней поверхности, по условию прочности на изгиб с увеличением
высоты зуба неизбежно увеличивается его толщина. Растет шаг зу-
бьев, что приводит к снижению производительности. Поскольку наука
о проектировании инструментов пока не располагает уравнениями для
Р аздел 2. Проектирование режущих инструментов
оптимизации числа переточек, можно предложить только численный
метод решения этой задачи.

Задаемся поочередно все большим числом переточек, те. перио-
дов стойкости. В справочной литературе выбираем величину стачива-
ния за одну переточку. Для принятого числа переточек вычисляем
высоту и толщину зуба, прибавив к их минимальным значениям (вы-
числены ранее) величину стачивания. Если переточки выполняют по
задней поверхности, например фрезы общего назначения, толщину
зуба определяют из условия прочности при увеличенной на переточки
высоте зуба. Далее определяем шаг зубьев и производительность
инструмента в виде времени, затраченного на обработку одной дета-
ли, заработную плату оператора за это время и другие расходы,
связанные с выполнением операции, которые приближенно можно
учесть в виде накладных расходов на заработную плату. Вычисляем
затраты на инструмент, отнесенные к одной обработанной детали
стоимость инструмента с учетом его переточек и реализации оконча-
тельно отработанных отходов, поделенная на количество деталей,
обработанных за полный срок службы инструмента. По выполненным
расчетам строим график в координатах, принятый шаг зубьев —
приведенные затраты на обработку одной детали. По графику нахо-
дим оптимальный шаг зубьев, при котором приведенные затраты
минимальные. Параметры зуба и число переточек, соответствующие
этому шагу, также оптимальны.

При конструировании сборных инструментов стремятся к мини-
мально возможному шагу, который почти никогда не получается мень-
ше оптимального из-за необходимости размещения элементов крепле-
ния режущих пластин или ножей. Режущие и опорные элементы, а
также элементы крепления необходимо рассчитывать и принимать
минимально достаточными по прочности, чтобы приблизиться к опти-
мальному значению шага зубьев.

Ограничения оптимального по приведенным затратам шага зубьев
могут быть и по другим причинам. Так, при работе на маломощных
станках уменьшают силы резания изменением схемы резания или
уменьшением числа одновременно режущих зубьев за счет увеличе-
ния их шага.
Изложенная методика оптимизации шага зубьев экономически
оправдана для инструментов, применяемых в массовом производ-
стве. Однако подобный подход не исключает возможности использо-
вания его при конструировании инструментов универсального назна-
чения, т.е. стандартных, по тщательно разработанному техническому
заданию для средних условий работ.

Форма и размеры зуба и стружечной канавки инструмента зада-
ются в сечении, нормальном к направлению основания зуба. У инст-
рументов с постоянной по длине глубиной стружечной канавки это
сечение нормально к режущей кромке. С позиций функционального
назначения и минимума приведенных затрат на операции использова-
ния инструмента размеры и форма зуба должны обеспечить:
а) достаточную прочность и жесткость зуба при оптимальном числе
переточек;

б) выбранную геометрию (у и а),

в) достаточное пространство для свободного размещения стружки в
канавке и освобождения ее от стружки при выходе зуба из работы;

г) отсутствие концентраторов напряжений;

д) высокую технологичность, т.е. простоту изготовления и заточки.

Формы зубьев для разных по назначению инструментов разные
(рис 2.40).

Остроконечные зубья (рис. 2.40, а—г) имеют инструменты об-
щего назначения (фрезы, развертки, протяжки и др.). Перетачиваются
они по задним поверхностям

Затылованные зубья (рис. 2 40, е) — у фасонных фрез, перета-
чиваются по передним поверхностям, что значительно упрощает пе-
реточку таких инструментов.

Остроконечный зуб формы д (рис. 2.40) используют для фасон-
ных фрез, когда затылование не обеспечивает боковых задних углов
досIатомной величины. Перетачивают такие зубья по задним повер-
хностям в специальных приспособлениях.

Остроконечный параболический зуб а (рис. 2.40) — равно-
прочный изгибу в любом сечении по высоте. Спинка его очерчена пс
параболе. Выгоден для тяжелых работ с большой толщиной среза.
Однако из-за низкой технологичности (для фрезерования стружечных
канавок требуется специальная фасонная фреза) используется редко
Его заменяют более простым в изготовлении усиленным зубом, спи-
ночная парабола которого заменена ломаной линией (рис. 2.40, б) .

Остроконечный трапециевидный зуб в (рис. 2.40) является
наиболее технологичным. По прочности он уступает двум предыду-
щим. С таким зубом делают инструменты для чистовых работ с
малой толщиной среза (фрезы, развертки, протяжки).

Рис. 2.40. Форма зубьев и стружечных канавок
некоторых многолезвийных инструментов
Остроконечный зуб формы г (рис- 2.40) — это трапециевидный
зуб с вогнутой спинкой. В изготовлении он сложнее своего аналога,
просто трапециевидного, но обеспечивает лучшие условия для разме-
щения стружки, особенно сливной. Используют для протяжек и раз-
верток большого диаметра.

С целью повышения крутильной жесткости и прочности цельных и
составных сверл и зенкеров их зубьям придают особую форму в
поперечном сечении (рис. 2.40, ж). Похожую форму зуба и по тем же
причинам имею! метчики и резьбонарезные плашки. Однако в сече-
нии. нормальном к главной режущей кромке, зуб по сути остроконеч-
ный с плоской или затылованной задней поверхностью, по которой
выполняют переточку.

Стружечная канавка — это межзубье пространство, образован-
ное спиночной и передней поверхностями смежных зубьев. Формы
канавок в поперечном сечении можно видеть на рис. 2.40. Свободное
размещение стружки и недопущение ее защемления в канавке обес-
печиваются требуемыми размерами стружечной канавки и предпоч-
тительной формой ее донышка, очерченного дугой радиуса, равного
половине диаметра А стружечного валика (см. рис. 2.39).

Подходы к определению оптимальных размеров зуба и стружеч-
ной канавки изложены ранее. Имеющиеся исключения вызваны свое-
образием конструкции и условий работы некоторых инструментов.
Так, у фасонных затылованных фрез, в том числе резьбообразующих
и зуборезных, высота зуба (рис. 2.40, е)

к=}1.+к+Г'

где Аф — высота профиля зуба фрезы, определяемая высотой профиля
детали; к — величина затылования, зависящая от выбранного значе-
ния заднего угла при вершине (10—12°); г — радиус дуги на донышке
стружечной канавки.

Высотой профиля изделия определяется высота зуба зуборезных
долбяков, а длина зуба — прочностью после стачивания, допустимого
по условиям точности зубообработки. Расчеты этих параметров под-
робно изложены в справочной литературе по проектированию ре-
жущих инструментов [94; 124—127 и др.] (см. список литературы).
Особую удлиненную форму стружечной канавки (рис. 2.40, де-
лают у инструментов, обрабатывающих прерывистые поверхности,
например, у протяжек, когда образуются не один, а несколько стру-
жечных валиков, которые должны свободно разместиться в канавке.
Такая форма стружечной канавки используется и тогда, когда необхо-
димо по каким-либо причинам уменьшить число одновременно режу-
щих зубьев: недостаточная мощность станка, плохой доступ СОЖ в
зону резания и др.

Исключение концентраторов напряжений при оформлении стружеч-
ной канавки обеспечивается плавной формой (без острых углов) пере-
хода от одной поверхности к другой.

Контрольные вопросы

1. Требования к размерам и форме зубьев, а также стружечных
канавок режущих инструментов.

2. Формы зубьев различных инструментов

3. Методы определения прочности зубьев.

4. Влияние числа зубьев на производительность режущих инструментов.

5. Методика оптимизации шага зубьев цилиндрической фрезы но ин-
тегральному критерию оптимальности: минимуму приведенных
затрат на операции использования фрезы.

2.2Л. Определение габаритных размеров
и формы рабочей части

Форма тела рабочей части, габаритные размеры инструмента (ди-
аметр, длина, ширина, толщина или высота), а также размеры и форма
режущих контуров очень разные для инструментов разных типов,
размеров и условий работы. Тем не менее можно выделить общие
принципы и подходы к решению этих задач для инструментов двух
типов, принципиально разных по способу формообразования обрабо-
танных поверхностей детали:

1) инструментов со станочным обеспечением размеров обработки,
когда инструменты свои размеры и форму не переносят на обра-
ботанную деталь; размеры и форма детали обеспечиваются на-
стройкой станка и кинематикой резания (резцы и фрезы общего
назначения);
2) инструментов с инструментным обеспечением размеров обработ-
ки: размеры инструментов и форма их режущих контуров перено-
сятся на обработанную деталь (сверла, зенкеры, развертки, про-
тяжки, фасонные инструменты, в том числе зуборезные и резьбо-
нарезные).

Форма рабочей части стандартных и других широко применяемых
инструментов хорошо известна. Комбинированные инструменты для
одновременной или последовательной обработки нескольких поверх-
ностей компонуются из единичных инструментов, объединяемых еди-
ным корпусом, что и определяет их форму, представление которой
особых затруднений не вызывает. Форма тела рабочей части инстру-
ментов совершенно новой, оригинальной конструкции зависит от при-
нятых кинематики и схемы резания.

Общими для обеих групп инструментов и исчерпывающими для
первой группы являются следующие требования:
а) достаточная прочность и жесткость тела;

б) возможность доступа к зоне обработки и полнота обработки за-
данных поверхностей;

в) возможность использования на выбранном металлорежущем
станке;

г) возможность изготовления в конкретном инструментальном цехе;
д) оптимальность размеров по критерию приведенных затрат на опе-
рации использования инструмента.

Решение задач по пунктам а—г трудностей не вызывает. Жес-
ткость и прочность тела нестандартных инструментов рассчитыва-
ются, а тело стандартных, оптимизируемых для конкретной операции,
выбирается по ГОСТ, так как его параметры не только рассчитаны,
но и экспериментально проверены. Доступность и полнота обработки
определяются размерами обрабатываемых поверхностей, конструк-
цией детали и зажимного приспособления. Так, минимальная длина
рабочей части сверла должна быть равна глубине сверления плюс
расстояние от верхнего торца кондукторной втулки приспособления до
верхнего торца обрабатываемого отверстия плюс длина перебега
плюс з’апас для обеспечения вывода стружки над кондукторной пли-
юй. Длина цилиндрической фрезы или набора фрез чуть больше ши-
рины фрезеруемой поверхности и т.д. Металлорежущий станок
ограничивает, как правило, наибольшие размеры тела инструмента,
например, наибольший диаметр червячной зуборезной фрезы, наи-
большую длину протяжки. Размеры рабочей части и ее элементов
должны быть такими, чтобы инструмент можно было изготовить на
оборудовании, имеющемся в инструментальном цехе.

Оптимизация размеров рабочей части по критерию приведенных
затрат — задача более сложная. Рассмотрим подходы к ее решению
на конкретных примерах.

Без учета доступа к зоне обработки минимальная длина рабо-
чей части сверла равна глубине сверления плюс два-три диаметра.
Экономически выгодная длина больше минимальной на величину
стачивания при переточках. Казалось бы, чем больше длина, тем
больше переточек допускает сверло и тем выше его экономич-
ность. Это было бы справедливым, если бы не изменялись явле-
ния, сопровождающие процесс резания. С увеличением длины свер-
ла уменьшается его крутильная жесткость, увеличивается ампли-
туда крутильных колебаний, и стойкость сверла снижается. Логич-
но ожидать, что существует пороговое значение длины, за которым
увеличение числа переточек экономически невыгодно из-за резко-
го снижения стойкости сверла. Затраты на инструмент и его пере-
точку, отнесенные к одной обработанной детали, начнут возрас-
тать. Решить эту задачу сложно, необходимы специальные иссле-
дования.

Значительно больше противоречий при оптимизации диаметра ци-
линдрических фрез. С одной стороны, увеличение диаметра фрезы
повышает стойкость или скорость резания при неизменной стойкости,
увеличивает диаметр посадочного отверстия, а стало быть, жест-
кость оправки, позволяет работать с большими подачами, увеличива-
ет число одновременно режущих зубьев. Все это способствует повы-
шению производительности инструмента. С другой стороны, с увели-
чением диаметра растет время врезания (падает производитель-
ность), увеличивается радиальное биение режущих кромок (снижает-
ся стойкость фрезы), растет мощность резания, первоначальная сто-
имость фрезы и стоимость переточек, что направлено в сторону
увеличения приведенных затрат. Разрешение этих противоречий воз-
можно на основе оптимизационной модели по критерию минимума
приведенных затрат. Готовой модели нет, ее необходимо разрабаты-
вать или решать оптимизационную задачу методом приближений,
изменяя с определенным шагом значения аргументов, приведенных к
себестоимости выполняемой операции, как это делалось при оптими-
зации шага зубьев инструмента (см. п.2.2.6).

Подобные оптимизационные задачи целесообразно решать для
инструментов, используемых в крупносерийном и массовом производ-
стве, оценив дополнительно влияние еще одного привходящего факто-
ра — разницы в стоимости специализированной и стандартной конст-
рукций инструмента. Изготовление стандартных инструментов орга-
низовано на основе массового производства. Такие инструменты в
два-три раза дешевле специализированных, выпускаемых небольши-
ми сериями, тем более в условиях инструментального цеха ма-
шиностроительного завода.

Для инструментов второй группы, переносящих свои размеры на
деталь, кроме решения указанных задач, определяют форму и разме-
ры режущих контуров на основе размеров профиля обработанных
деталей с учетом способа переноса размеров.

Контрольные вопросы

1 Требования к размерам и форме рабочей части режущих инстру-
ментов, по-разному формирующих размеры и форму обработанных
поверхностей.

2. Способы реализации требований к размерам и форме рабочей
части инструментов.

3. Подходы к оптимизации размеров рабочей части по критерию
приведенных затрат.

2.2.8, Определение размеров и формы
производящих контуров

2.2.8.1. Общие положения

Форма и размеры режущих контуров фасонных инструментов, фор-
мирующих поверхность обрабатываемой детали методом копирова-
ния (фасонные резцы, фасонные фрезы для обработки линейчатых
поверхностей), измеренные в нормальном или радиальном сечении
3—4 (рис. 2.41), отличаются от нормальных размеров /—2 детали из-
за наличия у инструментов передних и задних углов. Если у метчиков
для крепежной резьбы этим несоответствием пренебрегают по причине
малости (малые боковые задние углы по профилю резьбы метчика не
вносят больших несоответствий профилей), то для фасонных резцов и
фрез выполняют специальные коррекционные расчеты.

Рис, 2.41. Несоответствие размеров режущего контура фасонного резца (а)
и фрезы (б) профилю обрабатываемой детали: /—2 — глубина профиля
детали; 3—4 — глубина профиля инструмента в нормальном сечении.
1—3 — глубина профиля инструмента по передней поверхности

Формы режущих контуров инструментов, работающих но методу
обкатки (обкаточные фасонные резцы, обкаточные зуборезные инст-
рументы, например, червячные фрезы, долбяки и др.) определяются
огибающей ряда последовательных положений контура детали отно-
сительно инструмента. Поэтому параметры профиля инструмента и
изделия по начальным поверхностям (начальная окружность долбяка,
начальная прямая фрезы), по которым осуществляется взаимное
перекатывание без скольжения изделия и инструмента в процессе
работы, равны. Высоты профилей изделия и инструмента, отсчитан-
ные от этих поверхностей, также соответствуют друг другу. Однако
наличие передних и задних углов у инструментов этого класса привно-
сит отклонения в размеры профиля обрабатываемой детали, анало-
гично тому, как и у инструментов, работающих по методу копирова-
ния. Из-за сложности профилирования и особенно изготовления зубо-
резных инструментов коррекционные расчеты профиля не выполняют,
а стремятся ограничить величину передних и задних углов. Так, для
особо точных червячных фрез передний угол назначают равным нулю
и увеличивают диаметр фрез, что также способствует повышению
точности обработки. У точных долбяков передние и задние углы не
назначают более 5 и 6° соответственно.

Таким образом, параметры профиля инструмента в нормальном
сечении, в плоскости передней грани или других направлениях, опре-
деляемых производственной целесообразностью (удобство изготовле-
ния инструмента или контроля его параметров), рассчитывают по
параметрам изделия с учетом кинематики процесса резания и иска-
жений, привносимых передними и задними углами инструмента. Од-
нако такие расчеты не гарантируют получения деталей заданной точ-
ности. Точно расчетный профиль не всегда можно обеспечить при
изготовлении инструмента, его приходится упрощать. Кроме того,
точность обработки зависит не только от точности размеров и формы
режущего контура инструмента, но и от явлений, сопровождающих
процесс резания: кинематические погрешности, определяемые стан-
ком; биение режущих и калибрующих кромок инструмента в работе,
независимо от причин, его вызывающих (биение кромок относительно
посадочных мест инструмента, биение шпинделя станка); упругие и
пластические деформации в процессе резания, по-разному проявляю-
щиеся в конкретных условиях работы в зависимости от жесткости
технологической системы, условий смазки и охлаждения инструмен-
та, уровня элементов режима резания, свойств обрабатываемого
материала, степени затупленности инструмента, и целый ряд других
случайных факторов, учесть которые на стадии проектирования мож-
но только на основе среднестатистических данных, приводимых в
справочной литературе. Уточнение может быть получено в конкрет-
ных условиях эксплуатации и экономически оправдано в массовом
производстве.

Влияние одного из явлений, сопровождающих процесс резания, на
расчет исполнительных размеров инструмента рассмотрим на приме-
ре развертки. Пусть Н — поле допуска на изготовление отверстия
(рис. 2.42), <5— допуск на диаметр отверстия. Тогда е/б — наи-
больший предельный диаметр отверстия, а <7 — наименьший пре-
дельный диаметр. Чтобы не получить брака из-за разбивания, кото-

рое чаще всего имеет мес-
то при развертывании, наи-
больший предельный диа-
метр новой развертки <7рб
должен быть меньше наи-
большего диаметра отвер-
стия на величину макси-
мально возможного разби-
вания Ртах. Поэтому верх-
няя граница аЬ поля допус-
ка на диаметр развертки
должна расположиться
ниже верхней границы АВ
поля допуска отверстия на
ве шчину Ртах. Нижняя гра-
ница е/ поля допуска на ди-
аметр предельно сточенной,
изношенной и затупленной

Рис, 2 42

Поле допуска на диаметр развертки

развертки должна быть ниже нижней границы ОО ноля допуска от-
верстия на величину минимально возможного разбивания Рт1п, чтобы
диаметр обработанного отверстия не вышел за пределы нижней гра-
ницы ОО поля допуска в случае минимального разбивания отверстия,
т.е. не был меньше с1ом. При этом диаметр предельно изношенной и
затупленной развертки

4/ =с! -Р
ри ом пип

Полный допуск на диаметр развертки

8=а =5а-Р +Р

р рб ри 0 тах тт
а полное поле допуска расположено между границами аЪ и е/.
Часть его Нр выделяют на изготовление развертки, а часть И
оставляют на износ. Под износом понимают не только уменьшение
диаметра развертки из-за физического истирания (оно небольшое)
и переточек, но и по причине уменьшения диаметра отверстия в
результате увеличения упругого восстановления обработанной по-
верхности, вызванного ростом округления режущих кромок развер-
тки при ее затуплении.

Предельными значениями диаметра новой развертки являются
и

С точки зрения потребителя желательно иметь больший допуск на
износ, а с точки зрения изготовителя — на изготовление. Это проти-
воречие разрешается путем компромисса, обеспечивающего наибо-
лее высокую экономичность инструмента, т.е. назначением такого
соотношения между допусками на изготовление и износ, при котором
обеспечивается минимальный уровень затрат, связанных с ее изго-
товлением и эксплуатацией. Среднестатистические значения экономи-
чески оправданных допусков на диаметр разверток приводятся в
стандартах, а средние значения Ртах и Ртю — в справочной литературе
(Ртт=5 мкм, а Рта=10—20 мкм, в зависимости от диаметра отвер-
стия). Уточненные значения разбивания можно получить только в
результате испытаний в конкретных условиях работы.

Для ознакомления с сущностью методик расчета параметров ре-
жущих контуров инструментов, переносящих свои размеры на обраба-
тываемые детали, рассмотрим принципиальные вопросы расчета не-
которых из них.

1.2.8.2. Расчет исполнительных размеров диаметра сверл,
зенкеров, разверток и метчиков

Совместное рассмотрение расчета инструментов для этих трех
групи принято по той простой причине, что методики расчета очень
похожие, причем абсолютно одинаковы для сверл, зенкеров и развер-
ток.

Расчет исполнительных размеров диаметра развертки приведен
выше (п.2.2.8.1). Что касается расчета отклонений диаметра сверл и
зенкеров, то он отличается лишь тем, что абсолютные значения этих
отклонений больше, чем для разверток, так как требуемая точность
обработки этими инструментами значительно ниже, чем развертками.
Поэтому оказалось возможным эти отклонения для сверл сделать
односторонними. От номинального значения диаметра отклонения
задаются в тело инструмента, т.е, в минус. Например, на чертеже
сверла диаметром 20 мм размер будет обозначен 0 20_оо5Г У чис-
тового зенкера поле допуска на диаметр расположено так же, как и
у развертки с учетом разбивания, а у зенкера под последующее
развертывание поле допуска лежит ниже линии 0—0 номинального
значения размера. Оба отклонения диаметра отрицательные, причем
верхнее отклонение равно гарантированному (минимальному) припус-
ку под развертывание. Допуски на размеры разверток, зенкеров и
сверл приводятся в соответствующих стандартах.

Расчет отклонений диаметров резьбы метчиков отличается от
предыдущих расчетов, хотя в основу положены те же соображения:
наиболее полное использование поля допуска на размер обрабатыва-
емого изделия и недопущение выхода обработанного размера за пре-
делы этого поля. Полное использование поля допуска позволяет мак-
симально расширить допуск на производящий размер инструмента и
гем самым облегчить изготовление и удешевить инструмент Недо-
пущение выхода размеров обработанных деталей за пределы
установленного допуска — гарантия от появления брака Соблюдение
этого принципа у метчиков осложняется тем, что резьба многомерна
(наружный, средний и внутренний диаметры, а также шаг и половина
угла профиля), а производственный контроль крепежных резьб резьбо-
выми калибрами ограничивает лишь наружный, внутренний и средний
диаметры. Отклонения шага и половины угла профиля крепежной
резьбы не нормируются и калибрами не контролируются, но на свин-
чиваемость пары болт—гайка бесспорно влияют.

Представим себе, что болт выполнен точно по номинальным зна-
чениям всех параметров резьбы, а у гайки номинальные значения
диаметров резьбы без отклонений, но есть отклонения шага и поло-
вины угла профиля резьбы. Такой номинальный болт, хотя он и год-
ный, не свинтится с рассматриваемой гайкой. Для того чтобы свин-
чивание произошло, необходимо увеличить средний диаметр резьбы
гайки на величину приведенных к нему ошибок шага и половины угла
профиля резьбы. Появляется, таким образом, понятие «приведенный
средний диаметр», отличающийся от собственно среднего, или просто
среднего, на величину диаметральных компенсаций ошибок шага и
половины угла профиля резьбы. Для болта он больше собственно
среднего на эту величину, а для гайки, наоборот, меньше.

Учитывая изложенное, попытаемся построить поле допуска и ус-
тановить предельные значения среднего диаметра резьбы метчика.
Пусть НП — номинальный профиль резьбы, 2?с—Вс — верхняя,
а —Ос — нижняя границы установленного стандартом поля допуска
Н на средний диаметр резьбы гайки (рис. 2.43), с12 — номинальный,
он же и минимально допустимый, средний диаметр резьбы гайки, а
^тах — максимально допустимый. По стандарту проходной резьбовой
калибр-пробка, повторяющий собой болт с точно выполненными но-
минальными размерами резьбы, в том числе с номинальным <У2,
должен свинтиться с контролируемой резьбой. Он, таким образом,
ограничивает нам меньший предельный средний диаметр резьбы, но
не собственно средний, а приведенный. Наименьший предельный
собственно средний диаметр резьбы гайки, соответствующий наи-
меньшему приведенному,

^2стш )тах>

где ( р + ) тах — наибольшее значение диаметральных компен-

саций возможных ошибок шага и половины угла профиля резьбы
гайки

Для наиболее полного использования поля допуска резьбы гайки
необходимо, чтобы минимальные значения ее собственно среднего
диаметра были равны (1г с . Это возможно обеспечить метчиком сс
средним диаметром резьбы ми, меньшим <72стЬ на величину мини-
мально возможного разбивания, как у развертки.

^2 с ми — р + а ) шах ~ ^пт •

Это минимально допустимый средний диаметр резьбы метчика
стало быть, метчика предельно изношенного. В соответствии с изло-
женным построения для определения положения нижней границы 1—1
полного поля допуска на средний диаметр резьбы метчика показаны
однонаправленными стрелками в левой части (рис. 2.43).

Рис 2 43, Схема полей допусков на наружный (<Д средний (</2) и внутренний
(с^) диаметры резьбы метчика. Л/— метчик, Г — гайка, Д изн— допуск на
износ метчика, Р и — максимальное и минимальное разбивание
размеров;— диаметральные компенсации ошибок шага и половины
угла профиля резьбы гайки

Наибольший предельный размер среднего диаметра резьбы гайки
^2тах ограничивается непроходным резьбовым калибром-пробкой. Он
не должен проходить. Резьба у этого калибра короткая, всего 2—3
витка, профиль резьбы тоже укорочен. Ошибки шага и половины угла
профиля резьбы мало сказываются на контроле среднего диаметра.
Поэтому непроходной калибр практически ограничивает наибольший
предельный собственно средний диаметр резьбы гайки. Средний ди-
аметр резьбы метчика, обеспечивающий такой размер гайки, должен
быть меньше ее верхнего предельного размера на величину макси-
мального разбивания Ртах:

Верхняя граница поля допуска на средний диаметр резьбы метчи-
ка расположится на уровне 2—2 (рис. 2.43). Получив, таким образом,
полное поле допуска на средний диаметр резьбы метчика, распреде-
лим его на изготовление Н и износ (на рис. 2.43 заштриховано) так,
чтобы приведенные затраты на операции использования метчика
были минимальными. При этом под износом понимают не просто
уменьшение с12 от физического истирания, а главным образом умень-
шение б/2 нарезаемой резьбы по причине затупления метчика и умень-
шения его среднего диаметра после переточек из-за наличия обрат-
ной конусности по <7,.

Экономически выгодный вариант распределения поля допуска для
средних условий производства современного уровня оговорен стан-
дартами. Исполнительные размеры среднего диаметра резьбы нового
метчика (наименьший предельный </2мтою и наибольший предельный
<7, ) рассчитываются по схеме рис.2.43 по приведенным в стандар-

тах нижнему и верхнему отклонениям. Стандартизованы также от-
клонения размеров остальных параметров резьбы метчика.

Резьба в гайке может быть нарезана до остра: максимальный
наружный диаметр резьбы не ограничен. Поэтому зубья метчика
могут быть островершинными. Однако отвод теплоты от острых
вершин зубьев плохой, возможны прижоги вершин при шлифовании
резьбы. В результате стойкость таких метчиков низкая. Поэтому у
метчиков нормируют верхнее и нижнее отклонения наружного диа-
метра. Поле допуска Яям ограничено сверху и снизу (рис. 2.43).
Верхнее отклонение и соответствующий ему максимальный наружный
диаметр с1ы тах выбирают такими, чтобы ширина площадки См на вер-
шинах резьбы метчика была не менее 60 % ширины площадки С
номинального профиля резьбы. Нижнее отклонение и соответствующий
ему наименьший предельный наружный диаметр б/мт|п метчика назна-
чают так; чтобы разность <^МГП1П — <1 была достаточной для компенса-
ции износа метчика по наружному диаметру при минимальной величине
Р аз дел 2. Проектирование режущ их инструментов
разбивания Рнпйп (рис. 2.43). Здесь опять-таки бульшая доля износа —
это не физический износ и уменьшение наружного диаметра резьбы
метчика в результате переточек, а уменьшение наружного диаметра
резьбы гайки в связи с затуплением метчика.

Наименьший внутренний диаметр резьбы метчика не нормируется
(рис. 2.43). Резьбу можно прорезать до остра, чего практически ни-
когда не бывает из-за закругления вершины резьбообразующего инст-
румента. Наибольший внутренний диаметр м ( рис. 2.43) должен
быть меньше номинального внутреннего диаметра резьбы гайки на
величину, несколько бульшую подъема витков резьбы гайки от вспу-
чивания во время ее нарезания. При этом мтпах отсчитывается не от
донышка впадин резьбы, а от точек сопряжения дуги на донышке с
прямобочным участком профиля ( см. рис. 2.43 ). Износ метчика при
нормировании не учитывается, так как с/1 резьбы формируется не
метчиком, а инструментами, готовящими отверсше под нарезание
резьбы.

Отклонения шага и половины угла профиля резьбы метчика приве-
дены в стандартах и так же, как и другие параметры, нормируются
в зависимости от степени точности метчика и номинальных размеров
резьбы. По сравнению с гладкими цилиндрическими сопряжениями
здесь есть некоторые особенности: чем меньше шаг резьбы, тем
больше отклонение половины угла профиля для одной и той же степе-
ни точности метчика. Это связано с ростом погрешностей контроля
углов с уменьшением их сторон. Нормируется половина даже сим-
метричного угла, а не полный угол профиля, чтобы избежать резьбы,
заваленной набок. Отклонения единичного шага и накопленные откло-
нения на длине 25 шагов одинаковые.

Стандартами предусмотрено четыре степени точности метчиков
(Н1—Н4 ) для нарезания резьб с посадками скольжения и две степе-
ни для посадок с зазорами.

Контрольные вопросы

1. Причины несоответствия размеров обработанных поверхностей
размерам образующего инструмента.

2. Методика расчета исполнительных размеров диаметров сверл,
зенкеров, разверток и метчиков.
2.2.8.З. Коррекционный расчет профиля призматического и
круглого фасонных резцов

Параметры профиля фасонной поверхности любой детали, в том
числе и резца, задаются в нормальном сечении. Если бы передний }
и задний а углы резцов были равны нулю, то глубина 1—2 профиля
детали и резца совпадали бы (рис. 2.44, а). Но работать резцами с
ос-0 невозможно, а с у=0 нерационально. При наличии хотя бы одного
из этих углов глубина профиля детали и резца 1—2' одинаковы только
вдоль передней грани резца. В направлениях, нормальных к фасонным
поверхностям детали и резца, они разные (1-2* Г-2' , рис. 2.44, б).

Рис 2.44 Несоответствие глубины профиля детали
глубине профиля резца с передними и задними углами,
отличающимися от нуля: а — у=0 и а=0; б — у >0 и а >0

Обычно фасонные резцы устанавливают на станке таким образом,
что ось круглого резца параллельна оси детали, а направляющая
образующей фасонного профиля призматического резца перпендику-
лярна оси детали. При такой нормальной установке длины участков
профиля детали и резцов в направлении, параллельном оси детали,
совпадают. Поэтому коррекционные расчеты делают только для оп-
ределения глубины профиля резца, в каждой узловой и промежуточной
точках профиля. Длины участков профиля принимаются по детали.
Промежуточные точки выбирают на криволинейных, в том числе
дуговых, участках профиля на расстоянии 2—3 мм друг от друга.
Построим расчетную схему (рис. 2.45). Для этого вычертим де-
таль в двух проекциях с узловыми точками профиля 7, п и промежу-

тке 2.45 Схема к коррекционному расчету профиля
фасонных резцов обычной установки
точными точками 2 и 3. Первым номером обозначим точку, самую
близкую к оси детали. Все остальные точки получают последова-
тельно увеличивающиеся номера по мере удаления от центра детали.
Координаты точек 1г,гг..1к,гя заданы чертежом детали или
определены дополнительным расчетом. Выбираем по справочной лите-
ратуре передний у и задний а углы резцов, а также наружный диаметр
2КУ круглого резца в зависимости от глубины профиля детали. В соот-
ветствии с этим располагаем резцы относительно детали. Вершину
резца (точка 7) ставим на уровне центра детали. Продлеваем линию
передних поверхностей резцов влево и вправо. Из центра детали и
круглого резца опускаем на них перпендикуляры ОК и ОрВ соответ-
ственно. Соединяем узловые точки, лежащие на передних поверхностях
резцов, с центром детали О и резца Ор. Получаем ряд прямоугольных
треугольников со стороны детали (ОК\, ОК2, ...,ОКп) с общим кате-
том ОК=И, общим прямым углом в точке К и передними углами
у,=у,у2,..,уя в точках 1,2,...,п соответственно. Со стороны круглого
резца образуются прямоугольные треугольники ОрВ\, ОрВ2,...,ОрВп
с общим катетом О В = Н и общим прямым углом в точке В. Углы
этих треугольников в точках 7,2,...,п обозначим чяч|/!,у2,...,ч/д.

Решив треугольники со стороны детали, вычислим расстояния меж-
ду точкой 7 и остальными точками вдоль передней грани резцов, а по
ним определим глубины профиля Р2,...,Рп призматического резца в
каждой узловой точке. Если решим прямоугольные треугольники со
стороны круглого резца, то вычислим их гипотенузы, т.е. радиусы резца
7?,— 7?д в каждой узловой точке, необходимые для построения профиля
резца. Разность радиусов 7?; - 7?д — это глубина профиля круглою
фасонного резца в точке п. Для этого выполним дополнительные пост-
роения. В точках 1,2,...,п, восстановим перпендикуляры к линии пере-
дней (рани резцов. Расстояния от точки К до точек 1,2,...,п обозначим
АГ А„...,Ая, а расстояния от точки В до точек 7,2,.. ,п обозначим

Вг...,Вп. Расстояния от точки 1 до точек 2,...,п (глубину профиля
резцов вдоль передней грани) обозначим С2,...,Ся.

Решим задачу в общем виде. Пусть сумма углов у и а равна ц/:

»|/=у+а.
Из точки п опустим перпендикуляр ап на заднюю поверхность
призматического резца. Тогда ^а/и=90°-\|/; /Х)р1п=\у. В результате
Р=ап=Ссъ$у, С=А-А,; А =г,со8у; А=гсояуп; 8тув=Л/гл;
Л^зшу.

Выпишем полученные уравнения в последовательности их реше-
ния:

1. \|/ = у + а; 2. к = >58111 у; З.АХ = г\созу;

4. у„ = агс81пй/гй; 5. А„ = г„созуя; 6. С„ = Ап - А};

7. Ря =С„со5Ц/.

Подставляя в полученные уравнения параметры, соответствующие каж-
дой точке, получим значения Л2, Л3,...,С2 ,С3... и глубины профиля Р2, Р3...

Решим прямоугольные треугольники со стороны круглого резца и
определим

Кп = Н/$1пц/л ; Н = $1п = у + а ;

Ч>« = агс1§Н!В„ ; Вп = В1 -С„ ; В{ = Пх со$\р .

Выпишем полученные уравнения в последовательности их реше-
ния:

1. к = ?\ $1п у; 2. Ах = гх со$у; 3. ул = агсзш к/г„;

4. Д,=г„со8уй; 5.С„ = 4,-Д; 6. у, =<|/ = у + а;

7. Вх = /^созц/р 8. Вп = Вх -С„; 9.Н =

10. =агс1§Я/Д,; 11. Кп = Я/$1пч/„.

Подставим в полученные уравнения вместо параметров с индек-
сом п параметры каждой конкретной точки (2, 3), получим значения
искомых радиусов резца /?2, /?3... в каждой узловой точке профиля. По
ним легко рассчитать глубины профиля. Кх—К2, —/?3...

2.2.8.4. Коррекционный расчет профиля фасонной фрезы

Для удобства представлений выполним самую простую расчетную
схему — схему обработки трапецеидального паза фасонной фрезой с
затылованными зубьями и передним углом у ( рис. 2.46 ). По пара-
метрам паза /, 1а, 1в и йд детали требуется определить аналогичные
параметры зуба фрезы в двух направлениях: в радиальном ОА и в
плоскости передней грани АЕ, Параметры в радиальном направлении
нужны для профилирования резца и шлифованного круга, используе-
мых при затыловании зубьев фрезы, а в плоскости передней грани —
для расчета калибра на профиль зуба фрезы, иногда неправомерно
называемого шаблоном.

Рис, 2,46 Схема к коррекционному расчету профиля фасонной фрезы:
/ — профиль детали; 2 — профиль зуба фрезы в нормальном сечении АВ},
3 — профиль зуба фрезы в плоскости передней грани А В

На рис.2.46 кривая АСХ — спираль Архимеда, оформляющая зуб
фрезы по вершинной кромке А, Кривая В}О — эквидистантна к спи-
рали Архимеда, что вытекает из условий затылования зуба. Она
очерчивает самую глубокую точку профиля зуба фрезы. Поэтому
высота зуба фрезы в радиальном направлении — к^=АВх=АхВ= Схй,
ССХ =К— величина затылования фрезы или спад затылка на угловом
шаге зубьев 8. ВхВ2-^к-АхА2 — спад затылка на угле поворота цл
Если бы передний угол зуба фрезы был равен нулю, то передняя
1рань зуба находилась бы в радиальном сечении на вертикальной оси
ОА рисунка. При вращении такой фрезы по ходу часовой стрелки
глубина профиля детали, образованного фрезой, равнялась бы высоте
профиля зуба фрезы АВХ, так как определяющие глубину паза самые
низкие положения точек А и В{ профиля фрезы находились бы на
вертикальной оси АО. Параметры ширины паза /, /л, равны анало-
гичным параметрам зуба вдоль оси фрезы. Таким образом, если
передний угол фрезы у=0, то профиль фрезы и детали совпадают.
Никаких коррекционных расчетов не нужно, но работать такой фрезой
нерационально. Передний угол у==0 в подавляющем большинстве слу-
чаев не оптимальный ни по одному из критериев. Поэтому у фрез
предусматривают передний угол нужной величины, а профиль фрезы
рассчитывают по профилю детали, выполняя так называемый коррек-
ционный расчет.

Пусть передний угол у>0. Реальная передняя поверхность зуба
фрезы не радиальна. Крайние точки профиля зуба при вращении фре-
зы сформируют глубину паза, когда пройдут, как и прежде, через
вертикальную ось ОА. Точка А пройдет на том же уровне, а точка В
на уровне Вг переместившись туда по дуге окружности радиусом
Глубина паза детали будет равна АВ^ т.е. равна высоте профиля
фрезы плюс приращение радиуса-вектора спирали Архимеда

Вычислим это приращение.

Уравнение спирали Архимеда р=60.

с1р=Ьс1§\ 6=р/0=р1§а, так как по свойствам спирали 1 /0=1ёа-

Для точки А р=Я. Поэтому б?р=\|//?Г§а.

Х’=(2л/2)/?1ва. Отсюда 1ёа==&/2л/?.

Окончательно Дй=4/р=Кг\|//2я.

Вычислим угол \|/, выразив его через у.

Внешний угол Р треугольника АОВ равен сумме внутренних, с ним
не смежных:

Р = Ч>+у.

ц/ = Р-у ; р = агс81пОЕ/ОВ = агс5!п (гп!К{) ;>и = /?8ту =К-Иа.

Выпишем уравнения в последовательности их решения:
1./и=7?81пу; 2. 3. р=агсяп (т/7^);

4,\|/=р~у; 5.М=кг\^/2л; 6./^,=Лд-Дй.

Из АЛОВ определим высоту профиля фрезы вдоль передней грани
Л =АВ.
п

АВЮВ = 81п у/ 8ш у; кп = (Кх $т \р)/ ат у.

Для вычисления высоты профиля вдоль передней грани необходи-
мо последовательно решить следующие уравнения:

1: т = Т?81пу; 2. = /?-ЛЛ; 3. р = агсып (т/

4. ц/ = р-у; 5. Ип - (Т^зтцО/зту.

Такие расчеты выполняют для всех узловых точек профиля.

Размеры /, /л, /й, параллельные оси фрезы, не искажаются и прини-
маются по детали.

Контрольные вопросы

1 Чем вызвана необходимость коррекционных расчетов профиля
фасонных резцов и фрез?

2. Исходные данные для выполнения коррекционных расчетов.

3. Последовательность расчета глубины профиля призматических и
круглых фасонных резцов, а также фасонных фрез.

2.2.8.5. Расчет червячных модульных фрез

Исходными данными для расчета червячных модульных фрез яв-
ляются модуль, угол зацепления, параметры зуба нарезаемого колеса
и принятая величина затылования фрезы. Имея эти параметры, можно
но эмпирическим формулам приближенно определить габаритные (ди-
аметр, длину) и посадочные ( диаметр посадочного отверстия ) раз-
меры фрезы, а также число зубьев. Однако в этом нет необходимо-
сти, так как эти и другие параметры конструкции с учетом точности
фрезы (ААА, АА, А, В или С) приведены в ГОСТ 9324 — 80Е.

Рассчитывают угол подъема червячной нарезки на делительном
цилиндре. По мере переточек диаметр делительного цилиндра умень-
шается. Поэтому с целью уменьшения ошибок зубообработки за
расчетную величину делительного диаметра принимают диаметр на-
половину сточенной фрезы, те. с зубом, сточенным на 1/6 окружного
шага:

<7=</-2Л -О,ЗЯ,
где К=пО1^ав/г (см. уравнение 2.1).

Обозначения параметров приведены на рис. 1.72.

Затем назначают угол наклона стружечных канавок аг о=т,
где т — угол подъема червячной нарезки, Р=Р,со$т

(см. рис. 1.72).

Тогда 1%х=Рп/п(1созх, или 81пт=Рп /яг/. Так как Р=ктп, то
з\ъх=гпп1с1. Если угол подъема червячной нарезки т=3—5°, то стру-
жечная канавка прямая, (О=0. После этого приступают к профилирова-
нию фрез, определению формы и размеров зубьев.

Ранее отмечалось, что в основу конструкции червячной фрезы поло-
жена зубчатая рейка с прямобочным профилем. Это верно. Но тем не
менее эвольвентные зубчатые колеса могут правильно зацепляться
только с эвольвентным червяком, боковые стороны витков которого —
винтовые эвольвентные поверхности: эвольвентные в поперечном на-
правлении и винтовые в продольном (вдоль направления зуба). Профиль
режущего контура зуба фрезы (режущей кромки) должен, таким обра-
зом, представлять собой линию пересечения поверхностей эвольвент-
ного червяка и передней архимедовой винтовой поверхности. Это дале-
ко не прямобочный профиль. Кроме того, у реальной фрезы режущая
кромка — линия пересечения передней поверхности зуба и затылован-
ной задней поверхности. Значит, форма затылованной поверхности дол-
жна быть такой, чтобы режущая кромка зуба фрезы лежала на винто-
вой эвольвентной поверхности ранее описанного червяка и не выпадала
бы из нее при переточках. Рассчитать такую форму затылованной
поверхности сложно, а выполнить в металле практически невозможно.
Поэтому в настоящее время прибегают к приближенным методам
профилирования червячных фрез для цилиндрических колес: прямобоч-
ный профиль рейки закладывают в осевом сечении или в сечении,
нормальном к винтовой линии червяка на расчетном делительном ди-
аметре. Погрешности профилирования при втором методе несколько
больше, особенно если угол профиля зуба не скорректирован, не увели-
чен на несколько минут [6]. Однако его используют чаще, так как
непроизвольное фланкирование (утонение) головки зуба колеса, улучша-
ющее зацепление нарезанных колес, большее, чем при первом методе,
хотя контроль параметров зуба фрез в нормальном сечении сложнее.
Ошибки приближенных методов профилирования являются одной из
причин более низкой точности колес, нарезанных червячными фрезами
по сравнению с обработанными долбяками.

Расчет параметров профиля зуба в нормальном сечении (см, рис, 1,72)
с утолщением ножки зуба на величину А^хДа для фланкирования
зубьев колес или без утолщения выполняется просто, по параметрам
зубьев колеса.

Головка зуба фрезы обрабатывает ножку зуба колеса и равна ей по
высоте:

А = 1,25т .
а п

Ножка зуба фрезы обрабатывает головку зуба колеса и по высоте
равна ей плюс радиальный зазор с, чтобы не обрабатывать колесо по
наружному диаметру, так как он обработан до нарезания зубьев:

А-1,25 т .

Шаг зубьев в нормальном сечении равен нормальному шагу зубь-
ев колеса по дуге начальной окружности или делительной, если они
совпадают:

Р -тип ,
л п

Толщина зуба фрезы в нормальном сечении на уровне делительной
окружности равна средней ширине межзубьей впадины колеса, рас-
считанной с учетом допуска и припуска на чистовую обработку зубь-
ев, если она предусмотрена:

5 =пт /2-ВО-2А,

где ВО — верхнее отклонение толщины зуба колеса; Д — гарантиро-
ванный (минимальный) припуск на сторону под последующую обра-
ботку зуба; тп — нормальный модуль нарезаемого колеса.

Угол профиля зубьев фрезы а равен углу зацепления или скоррек-
тирован на несколько минут [6; 94].

Закругления вершин и впадин у основания зуба т.

Для выхода шлифовального круга у фрез с т^4 на донышке меж-
зубной впадины выполняют технологическую канавку.
Параметры канавки: ширина -0,75 ширины впадины на донышке;
I дубина — 0,5—2,0 мм; г3=0,6—1,3 мм.

У фрез меньшего модуля канавку не делают, так как она слишком
мала и шлифования зубьев фрезы по профилю не облегчает.

В случае профилирования по осевому сечению расчет параметров
зубьев фрезы аналогичный, только шаг, толщина зуба и угол профиля
в осевом сечении будут другими, а именно такими , чтобы в нормаль-
ном сечении соответствовали параметрам зуба нарезаемого колеса.
Расчеты таких и других фрез приведены в специальной литературе,
например [94].

Отклонения параметров фрез регламентированы стандартами.

2,2.8.6. Расчет зуборезных долбяков

Расчетами определяют параметры зубчатого венца долбяка: на-
ружный и внутренний диаметры; диаметры основной и делительной
окружностей; высоту головки и ножки зуба; толщину зуба по дуге
делительной окружности и при вершине в исходном сечении и в
плоскости передней грани; скорректированный угол зацепления; допу-
стимую величину стачивания долбяка. Остальные параметры конст-
рукции принимают по стандартам.

Существует ряд внешне разных методик расчета, но сущность их
одна и та же: определяются указанные параметры нового и предельно
сточенного долбяка, обеспечивающего заданное качество обработан-
ных им колес. Попытаемся разобраться в сущности расчетов, так как
)го важно для грамотного проектирования долбяка по любой методи-
ке, предлагаемой в технической литературе.

Как указывалось ранее ( п. 1.9.3 ), долбяк представляет собой как
бы слоеный по высоте (толщине) пирог, состоящий из элементарных
колес с бесконечно тонким ободом и разным смещением исходного
контура зубчатой рейки. У переднего торца это смещение положи-
1ельное (от оси ), оно плавно переходит через нуль к отрицательному
у заднего торца, что необходимо для создания боковых задних углов.
При этом переходе от переднего торца к заднему уменьшаются на-
ружный и внутренний диаметры зубчатого венца, а диаметры дели-
тельной и основной окружностей остаются постоянными. Иначе быть
не может хотя бы по формальному признаку. Диаметр делительной
окружности где т — модуль, а г — число зубьев. По мере
переточек долбяка изменение числа зубьев невозможно, а изменение
модуля недопустимо. Кроме того, боковые стороны зуба долбяка
должны быть очерчены одной той же эвольвентой на всей длине зуба.
Иначе при переточках долбяка будет изменяться профиль его зуба и
соответственно — профиль зуба нарезаемого колеса, что также недо-
пустимо. Поэтому диаметр основной окружности, определяющий фор-
му эвольвенты, тоже должен быть постоянным по высоте долбяка.
На основании изложенного можно утверждать, что у зубчатого венца
долбяка есть основной и делительный цилиндры и конусы впадин и
вершин зубьев.

Есть смысл по-иному представить формирование зубьев долбяка.
Образованные в поперечном сечении от основной окружности эволь-
венты боковых сторон зуба перемещаются по основному цилиндру от
переднего к заднему торцу долбяка и поворачиваются навстречу друг
другу. В результате на делительном и других цилиндрах толщина зуба
уменьшается в направлении заднего торца. Образуются боковые
задние углы, но шаг зубьев по любому цилиндру остается постоян-
ным. На делительном цилиндре он равен лш. Таким образом, по мере
переточек долбяка остаются постоянными диаметры основной и де-
лительной окружностей, шаг и профиль боковых сторон зубьев, а
также их высота. Уменьшаются наружный и внутренний диаметры
зубчатого венца, высота головки зуба, но увеличивается высота нож-
ки, так как эти высоты отсчитываются от делительного цилиндра.
Уменьшается также толщина зуба по делительному цилиндру

У долбяков с малым числом зубьев диаметр основной окружности
(1* больше диаметра окружности впадин зубьев основная окруж-
ность проходит по зубьям (рис. 2.47, б). В этом случае после некото-
рого числа переточек может оказаться, что активная часть ножки
зуба будет очерчена не эвольвентой, начинающейся от основной ок-
ружности, а частично переходной кривой. Этот участок ножки может
срезать вершины зубьев нарезаемого колеса, в чем нетрудно убе-
диться, внимательно изучив рис. 2.47, б.
Рис .2.47. Положение основной окружности относительно зуба долбяков с
разным числом зубьев: а — с большим; б — с малым; в — со средним

Пусть И—И— исходное сечение, в котором смешение исходного
контура рейки зуба долбяка равно нулю; /—I — плоскость переднего
торца нового долбяка; А — исходное расстояние; II—II — плоскость
переднего торца предельно сточенного долбяка. Полная высота зуба
долбяка во всех сечениях (плоскостях) одинакова, но если в сечении
/—I ножка зуба очерчена эвольвентой по всей высоте, то в сечении
II—II на участке 2'—3' — переходная кривая.

Выдержать постоянной толщину зуба колеса при нарезании долбя-
ком любой степени сточенности можно путем сближения осей колеса
и долбяка по мере его переточек. В таком случае если новый долбяк
формировал зуб нарезаемого колеса полностью эвольвентной кромкой
а — 2 (рис. 2.47, б\ то предельно сточенный — кромкой 3'—V, у
которой эвольвентным является только участок 2'—4'. Неэвольвент-
ный участок кромки 2'—3\ оформленный переходной кривой, может
срезать головку зуба нарезаемого колеса. Такой опасности при работе
долбяками с большим и средним числом зубьев ( рис. 2.47, а в) не
существует. Основная окружность лежит в теле нового и предельно
сточенного долбяка, и зуб на всей, или почти всей, рабочей высоте
очерчен эвольвентой.

Параметры зуба долбяка рассчитывают в исходном сечении И—И
(рис. 2.48 ). Вычислить их легко, так как они соответствуют парамет-
рам межзубьей впадины, а стало быть, и зуба нарезаемого колеса по
делительной окружности. Поэтому параметры зуба колеса необходи-
мо знать. Кроме того, надо знать число зубьев нарезаемой зубчатой
пары, выбрать значения переднего и заднего углов долбяка.

Рассуждения во время расчета долбяка те же, что и при расчете
параметров зуба червячной фрезы.

Высота головки и ножки зуба

А =И -(1,25—1,30>.

Толщина зуба по дуге делительной окружности 5и=ятп/2-ВО-2Д,
где ВО — верхнее отклонение толщины зуба нарезаемого колеса;
Д — гарантированный (минимальный) припуск на сторону зуба колеса
под последующую обработку, если она предусмотрена.

По ГОСТ 9323—79 или 10059—80 выбираем ближайший меньший
делительный диаметр долбяка заданного модуля. Пусть он <У'.

Тогда число зубьев долбяка

Отбрасываем дробную часть «с» результата и число зубьев при-
нимаем равным «г».

Расчетный (фактический) делительный диаметр при этом

с!=тпг.

Диаметр окружности выступов равен делительному диаметру
плюс удвоенная высота головки зуба.

4 =<1+211 .
ан ан

Диаметр окружности впадин равен делительному диаметру минус
удвоенная высота ножки зуба:

=<1-2к .
/и /и

Полученные размеры чисто теоретические. Их необходимо пере-
считать на плоскость, в которой они измеряются, а именно, на плос-
кость переднего торца долбяка I—I (рис. 2.48).
Рис. 2.48. Схема для пересчета параметров долбяка
из исходного сечения и—и на плоскость переднего торца /—/

В этой плоскости высота головки зуба А =А +х-И , высота
ножки зуба к^Н^-х~Н толщина зуба по дуге делительной

окружности 5=5и+2у-5и+2Л1§а'6.

Но 1§а'&=1§ав 1§ах ( см. уравнение 2.12 );

со5ах=(лг2/2/?х)со8а. (2.13)

Для точки, лежащей на делительном диаметре, Ях=4//2=т/2 и
созах=со8а.
Поэтому $=5и+2/й§а1§а, где а — угол зацепления.

Для расчета параметров долбяка по приведенным выше формулам
необходимо выбрать исходное расстояние А. От его величины зави-
сит стойкость долбяка и качество нарезанных им колес.

Внимательное рассмотрение рис, 2.47 позволяет установить следу-
ющее, Чем большей, тем дальше формообразующий участок профиля
зуба долбяка отстоит от основной окружности (д'—я' отстоит от основ-
ной окружности диаметром с/ дальше, чем а — 2. рис. 2.47, б).
В результате меньше кривизна эвольвенты этого участка. Поэтому при
работе конгуром а1—а' меньше остаточные несрезанные слои припуска
на зубе нарезанного колеса, т.е. меньше граненость боковых поверхно-
стей зуба или, как говорят производственники, выше гладкость зуба. В
результате меньше шум в передаче колесо — шестерня.

С увеличением А увеличивается доля высоты долбяка, которую
можно стачивать при переточках до наступления предельно допустимого
значения неэвольвентного участка 2* —3' профиля зуба ( рис. 2.47, б).
Этот неэвольвентный участок, если он больше допустимого, может
срезать головку зуба нарезаемого колеса, о чем упоминалось выше.
Значит, уменьшается опасность срезания вершин зубьев колеса, наре-
заемого долбяками с малым х, так как без сокращения общего числа
переточек переднюю плоскость долбяка можно не доводить до сече-
ния //—II (рис. 2.47. б), когда такая опасность возникает. С увеличе-
нием А уменьшается также возможность подрезания профиля зуба
колес с малым 2

Однако есть и отрицательные стороны, С увеличением А, напри-
мер, до значения А2 (рис. 2.47), растет высота головки зуба долбйка,
а толщина зуба при вершине 8а (рис. 2.48) уменьшается, что понижа-
ет стойкость долбяка. Становится длиннее переходная кривая и уве-
личивается у основания толщина ножки зуба нарезанного колеса.
В некоторых случаях это ухудшает зацепление колес, особенно с
малым г, вплоть до пересечения профилей парных колес в этой ука-
занной зоне. Чем меньше 2 долбяка, тем эта опасность выше. В
результате может наступить защемление и поломка зубьев. В лите-
ратуре это явление называют интерференцией профилей сцепляющих-
ся колес, хотя этот термин и неточный.
Таким образом, можно считать, что увеличение исходного рассто-
яния полезно. Повышается качество нарезанных колес, увеличивается
срок службы долбяка ( больше число переточек ).Серьезным ограни-
чением увеличения А является понижение стойкости долбяка в связи
с заострением зуба.

Существует ряд методик расчета А с использованием таблиц,
формул, номограмм. Так, например, сначала рассчитывают или выби-
рают по таблицам минимально допустимое по стойкости значение 8а.
в зависимости от модуля. Используя номограмму, по значению а-8а1т
находим коэффициент смещения исходного контура рейки х в плоско-
с1и переднего торца, по которому легко определяем А'

А^хтКцр.^

После расчета параметров зубчатого венца долбяка выполняют
проверку на интерференцию в передаче зубьев пары нарезанных ко-
лес, срезание вершин и подрезание ножек их зубьев. Если проверки
дают отрицательные результаты, то выбирают из стандартизованного
ряда больший делительный диаметр долбяка </', изменяют исходное
расстояние и расчеты повторяют до получения положительных ре-
зультатов. Проверки выполняют расчетами по формулам или с час-
тичным использованием номограмм.

Приведенные расчеты по сути — проверочные, с выбором опти-
мального варианта.

Сущность расчета параметров долбяков по другим методикам
такая же, но структура расчетных формул и последовательность рас-
чета другая, которые позволяют выполнить так называемый конст-
рукторский расчет без полных или частичных последующих проверок
работоспособности долбяка [94; 127].

Получив, таким образом, работоспособный долбяк, выполняют
угловую коррекцию профиля его зуба, необходимость которой вызвана
наличием переднего и заднего углов, искажающих производящий ре-
жущий контур зуба долбяка. Профиль зуба колеса образуется не
контуром зуба долбяка в сечении, перпендикулярном его оси, а так
называемым производящим режущим контуром, т.е. проекцией ас
режущей кромки ас1 зуба долбяка на торец нарезаемой заготовки
(рис.2.49 ). Для получения колеса с углом зацепления а углы про-
филей производящего режущего контура и образующего его исход-
ного контура зубчатой рейки К должны быть тоже а. В таком
случае исходный контур зубчатой рейки И, формирующий реальный
зуб долбяка, должен иметь угол профиля ав>а (рис. 2.49).
Правомерность изображенных на рис. 2.49 положений исходных кон-
туров реек зуба долбяка и производящего режущего контура исхо-
дит из того, что толщина ножки зуба долбяка постоянна вдоль линии
впадины зуба.

Рис.- 2.49. Схема к расчету угловой коррекции профиля зуба долбяка:
И — исходный контур зубчатой рейки зуба долбяка, обрабатывающего зубья
шестерни с исходным контуром зубчатой рейки К
В соответствии с изложенным

1§аи=е/Ли (рис. 2.49); Ли= Ь-Ьс\ Ьс=ссК%ал ; сб/=/Н§у.

Тогда 18ав=е/(Л ~Лх1ёг1еав)=(е/Лх)/( 1 - 1&0И ё?)♦

Окончательно, ^ёаи:=1§а/(

Таким образом, корректируя угол профиля исходного контура рейки
зуба долбяка, нарезаемой паре зубчатых колес обеспечивают угол
зацепления а, равный стандартному значению. Тем не менее ошибки
профиля зубьев колес (отклонения от эвольвенты) остаются. Эволь-
вентный профиль зуба долбяка заложен в сечениях, параллельных
линии аЬ, т.е. перпендикулярных к оси долбяка. Линия пересечения
передней поверхности ас1 с боковой стороной зуба долбяка образует
режущую кромку, которая не является эвольвентой. Естественно бу-
дет отличаться от эвольвенты и проекция этой кромки на торец
заготовки, т.е. производящий режущий контур. В итоге искажается
профиль зуба нарезанного колеса.

Проанализировав изложенное, нетрудно убедиться в том, что по-
грешности зубьев колес, нарезанных долбяком, а именно, срезание
вершин зубьев, неблагоприятные переходные кривые, зависят от мо-
дуля, а также от числа зубьев долбяка и нарезаемых колес. Поэтому
долбяки являются не вполне универсальными инструментами. Конк-
ретным долбяком определенного модуля нельзя нарезать все колеса
такого же модуля. Конкретно спроектированный долбяк пригоден для
нарезания колес в определенном диапазоне чисел зубьев, подобно
дисковым модульным фрезам. Правда, этот диапазон для долбяков
значительно шире.

Контрольные вопросы

1. Как воспроизводится профиль изделий обкатными инструментами?
2. Соотношения между шагом и толщиной зубьев изделия и обкатно-

го инструмента по начальным поверхностям.

3. Взаимосвязь между высотой головки и ножки зубьев обкатного
инструмента и обкатываемого им изделия.

4. Чем вызвано использование приближенных методов профилирова-
ния червячных модульных фрез?

5. Параметры зубьев червячных модульных фрез и долбяков, опре-
деляемые расчетом.
6. Чем характерно исходное сечение долбяка?

7. Каким образом у долбяка образуют боковые задние углы, чтобы
сохранить модуль?

8. Какие параметры зубчатого венца долбяка остаются постоянными
при переточках?

9. Влияние исходного расстояния долбяка на его работоспособность.

2.2'9. Выбор способов отвода теплоты из зоны резания

С целью повышения производительности режущие инструменты,
за исключением быстрорежущих чистовых (развертки, метчики, про-
тяжки), работают с высокими скоростями в зоне температур, выше
оптимальных по стойкости. Поэтому для повышения стойкости инст-
румента целесообразно не только уменьшать трение в скользящем
контакте инструмент — обрабатываемая деталь, но и понижать тем-
пературу резания, улучшая отвод теплоты от режущих кромок инст-
румента. Это достигается выбором оптимальных по стойкости гео-
метрических параметров, размеров режущего клина, охлаждением
инструментов в работе поливом и другими способами подачи смазы-
вающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Лучшие результаты дости-
гаются подачей СОЖ непосредственно в зону резания или близкую к
ней. Для этого на стадии проектирования инструментов предусматри-
вают специальные каналы в теле инструмента для подачи в эти зоны
СОЖ под давлением. Примером таких конструктивных решений мо-
гут служить специальные сверла для глубокого сверления (см., напри-
мер, рис. 2.37, б), спиральные сверла с впаянными в спинки перьев
трубками (рис. 2.50, а) или каналами в перьях (рис. 2.50, б), по
которым СОЖ подается под задние поверхности, а также зенкеры, у
которых по осевому каналу СОЖ подается в сопла на торце, направля-
ющие струи под задние поверхности (рис.2.50, в), червячные фрезы с
каналами в теле зубьев, по которым СОЖ из полости посадочного
отверстия попадает на затылочные поверхности зубьев (рис. 2.50, г), и
ряд других инструментов.

Улучшению отвода теплоты способствует также внутреннее ох-
лаждение тела инструмента охлажденной жидкостью, циркуляцией по
замкнутым каналам без выхода в зону резания (рис. 2.50, д). Раз-
Рис, 2,50, Примеры инструментов с каналами в теле для подачи СОЖ в зону
резания (а—г) и с внутренним охлаждением тела (д, в).

а, б — сверла; в — зенкер; г — червячная фреза, <), е — резцы

новидностью такого охлаждения является способ, основанный на ис-
пользовании тепловых труб (рис. 2.50, е). В тело резца 1 вставляется
труба с внутренней стенкой, покрытой пористым материалом 2, назы-
ваемым фитилем. После вакуумирования тепловой трубы фитиль
заполняют рабочей жидкостью и запирают крышкой 3, Теплота го-
ловки резца отводится паром рабочей жидкости к холодному концу
трубы 3, Пар охлаждается, конденсат поглощается фитилем 2 и опять
поступает к головке резца.

Все эти мероприятия позволяют снизить температуру резания,
приблизить ее к значениям, оптимальным по стойкости, и значительно
повысить стойкость инструмента. Так, например, стойкость сверл с
внутренним подводом СОЖ повышается в 3—10 раз но сравнению с
охлаждением поливом; зенкеров и червячных фрез — в 3—4 раза;
резцов с тепловыми трубами — в два раза.

Контрольные вопросы

1. Всегда ли и до каких пределов необходимо понижать температуру
резания? *

2. Способы отвода теплоты из зоны резания и их эффективность.

2.2.10. Окончательная оптимизация
конструкции рабочей части

Поэтапная оптимизация конструкции рабочей части выполняется в
процессе последовательного решения изложенных выше задач путем
принятия оптимальных решений по каждой из них и выбора, таким
образом, оптимальных элементов конструкции, а также в периоды
присоединения последующего оптимального элемента к предыдущим,
если он вступает в противоречия с ними в отношении оптимальности.
Критерием оптимальности при этом является минимум приведенных
затрат на операции использования инструмента или хотя бы его глав-
нейшие составляющие, так называемые дробные критерии. Приори-
тетные из них: производительность инструмента, затем энергосбере-
гающие свойства (малые силы и моменты резания) и технологич-
ность, особенно инструментов, трудоемких в изготовлении.

Окончательная оптимизация выполняется не всегда, а только в
случаях, если после окончания проектирования появилось два и более
вариантов конструкции. Объективная оценка вариантов и выбор наи-
выгоднейшего могут быть выполнены по минимуму приведенных
затрат, хотя бы упрощенно рассчитанных способом, изложенным ра-
нее в п. 1.1.1. Кроме того, при рассмотрении окончательно сформиро-
ванной рабочей части могут появиться новые предложения по ее
улучшению.

Контрольные вопросы

1. Стадии проектирования инструмента, на которых осуществляется
оптимизация его конструкции.

2. В чем, состоит оптимизация конструкции инструмента?

3. Всегда ли сочетание лучших вариантов элементов конструкции
обеспечивает оптимальность конструкции в целом?
23. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ

23.1. Выбор способа присоединения инструмента к станку

Для обеспечения заданных размеров обработки инструмент дол-
жен занимать определенное положение относительно станка или обра-
батываемой детали и не изменять этого положения во время работы.
Для этой цели служит присоединительная часть инструмента, состо-
ящая из базовых поверхностей и элементов передачи усилий. У хво-
стовых инструментов такой частью являются хвостовики, а у насад-
ных — корпус рабочей части.

В подавляющем большинстве случаев инструменты закрепляются
неподвижно относительно шпинделя или суппорта станка (резцы,
фрезы, сверла, зенкеры, протяжки для наружного протягивания, зубо-
резные инструменты). Однако есть случаи, когда следует предпо-
честь подвижное соединение инструмента со станком. Это относит-
ся к инструментам, которые должны точно самоустановиться по об-
рабатываемой поверхности детали, если есть опасения, что станком
это обеспечить невозможно. К ним относятся чистовые инструменты,
такие, как протяжки для обработки замкнутых контуров, например
круглые, развертки, метчики, когда обработка этими инструментами
выполняется на отдельных станках или позициях многопозиционных
станков после предварительной обработки другими инструментами на
других станках или других позициях станка. Для самоустановки слу-
жат специальные держатели инструментов или патроны (качающиеся,
плавающие, быстросменные и т.д.), соединяющие инструмент со
шпинделем или суппортом станка. Принципиальные схемы таких пат-
ронов приведены на рис. 2.51. Так, например, плавающий патрон
обеспечивает совмещение осей развертки и обрабатываемого отвер-
стия, если ось шпинделя станка па позиции обработки смещена отно-
сительно оси предварительно обработанного отверстия. Кроме того,
биение шпинделя станка в принципе не передается на инструмент и
разбивание отверстий уменьшается.

Разновидности подвижных патронов описаны в учебной и справоч-
ной литературе. Существуют десятки конструкций, реализующих ка-
чание, плавание или качание и плавание инструмента одновременно

Ю Зак 2522

28€
[228; 255 и др.]. При выборе или разработке конструкции патрона
необходимо стремиться уменьшить число подвижных сочленений, в
которых под нагрузкой во время работы возможны заедания и превра-
щение подвижного соединения в неподвижное со смещенным относи-
тельно шпинделя станка положением инструмента. Следствием этого
явится повышенное разбивание обработанного отверстия. Трение
скольжения в сочленениях патрона следует заменять на трение каче-
ния или еще лучше — на внутреннее трение в упругих элементах.
Примерами лучших решений может быть плавающий патрон на базе
сильфона, гофрированной металлической трубки, обладающей доста-
точной крутильной жесткостью и большой радиальной податливостью
(рис.2.51, г) или обычный металлический стержень-удлинитель с ра-
диальной податливостью на конце закрепленного в нем инструмента
не менее 0,005 мм/Н вместо качающегося патрона.

Рис 2 51 Схемы подвижных патронов, а— качающийся одношарнирный,
б — качающийся двухшарнирный; в — плавающий; г — плавающий силь-
фонный, 1 — хвостовик; 2 — обойма; 3 — штифт; 4 — корпус; 5 — режу-
щий инструмент; 6 — поводок; 7 — сильфон; 8 — шарик; 9 — гайка
Быстроеменность крепления очень важна для инструментов ав-
томатизированных производств, где особенно необходимо сокращение
простоев автоматических линий при замене затупившихся инструмен-
тов. Для этой цели используют быстросменные патроны для стерж-
невых инструментов (сверл, зенкеров, метчиков, разверток), защелки
для резцов (см. рис. 1.90) и некоторые другие устройства.

Сокращение простоев дорогостоящего автоматизированного обо-
рудования достигается также использованием так называемого бес-
подналадочного инструмента, не требующего наладки на размер
обработки после его установки на станке. Изготовить взаимозаменя-
емый инструмент несложно, но после переточек его размеры изменя-
ются. Поэтому предпочитают вводить в конструкцию инструмента
или в промежуточные оправки-переходники, в которых он устанавли-
вается, подвижные элементы в виде винтов со сферической головкой,
которыми можно обеспечить точное положение инструмента по одной
или двум координатам относительно базовых поверхностей станка,
обеспечивая при этом получение заданных размеров обработки
(см. рис. 1.92). Точная настройка инструмента на размеры обработки
выполняется в специальных приспособлениях (см. рис. 1.93) или при-
борах вне станка, станок в это время работает. Такую настройку
предусматривают у инструментов для станков с ЧПУ и автоматичес-
ких линий из агрегатных станков.

Точность и жесткость присоединения инструмента должна быть
достаточной для выполнения запланированной работы. Естественно,
что эти параметры выше для чистовых инструментов и инструментов
для высокоточных станков, станков с ЧПУ. Чем меньше переходников
(втулок, державок, оправок) для закрепления инструмента и чем выше
точность базовых поверхностей элементов сочленения, тем выше
точность и жесткость закрепления инструмента. Параметры точнос-
ти базовых элементов инструмента и вспомогательной оснастки для
его закрепления приводятся в соответствующих стандартах и спра-
вочной литературе. При необходимости проверки соответствия этих
параметров точности выполняемой работы проводят специальные
расчеты на жесткость и точность позиционирования инструмента,
используя справочную литературу [65; 88; 94].
2.3.2. Выбор формы базовых поверхностей и элементов
передачи усилий

Виды базовых поверхностей ограничиваются небольшим рядом
классических форм: плоскость, наружные и внутренние цилиндричес-
кие и конические поверхности. При конструировании режущего инст-
румента форму базовой поверхности выбирают в зависимости от
размеров инструмента и посадочных мест станка, стремясь обеспе-
чить при этом требуемую точность базирования и высокую техноло-
гичность инструмента .

Плоскость является базой у резцов с призматическим телом,
наружных протяжек, ножей сборных инструментов, фрез и долбяков
(торцовые поверхности, рис.2.52, а, б).

Наружные цилиндрические и конические поверхности свой-
ственны хвостовым инструментам. Это инструменты малых разме-
ров. Цилиндрический хвостовик имеют сверла, зенкеры, развертки,

Рис 2 52. Базовые поверхности режущих инструментов обозначены жирной
линией* а — резцов; б — насадных долбяков; в — сверл, зенкеров, развер-
ток; г — метчиков; д — сверл, зенкеров, разверток; е — концевых фрез;
ж — хвостовых долбяков; з — насадных фрез;

и — насадных зенкеров и разверток
Раздел 2. Проектирование режущих инструментов
концевые фрезы диаметрами до 12 мм, а также шпоночные фрезы,
метчики и ручные развертки всех размеров (рис. 2.52, в,г). Крепятся
такие инструменты в цанговых или кулачковых патронах, устанавли-
ваемых в шпинделе станка. Конические хвостовики — у долбяков и
перечисленных выше инструментов диаметрами свыше 6 мм
(рис. 2.52, Де,ж). Хвостовики соединяются со шпинделями станков
непосредственно или с помощью переходников, например конических
втулок.

Внутренние цилиндрические и конические поверхности
имеют насадные инструменты. Это самая большая группа инструмен-
тов, так как они экономичнее хвостовых. Поэтому там, где по условиям
работы жесткость и прочность достаточны, инструменты делают на-
садными. Цилиндрическое отверстие — у насадных фрез и долбяков,
а коническое — у насадных разверток и зенкеров (рис. 2.52, з,и).

Важнейшее требование к базовым поверхностям — точное распо-
ложение их относительно рабочей части.

Усилие со станка на инструмент передается за счет сил трения,
возникающих на базовых поверхностях при закреплении инструмента
(инструменты с плоским телом и цилиндрическими хвостовиками)
или под действием осевых сил резания (инструменты с коническими
хвостовиками). Если осевых сил резания недостаточно, предусматри-
вают дополнительную затяжку хвостовика болтом в гнездо шпинделя
станка (концевые фрезы, хвостовые долбяки), а при тяжелых услови-
ях работы — еще и жесткие элементы (торцовые шпонки). Жесткими
элементами передается усилие у насадных инструментов: торцовые
шпонки у зенкеров, разверток, торцовых фрез; продольные шпонки у
цилиндрических, дисковых и отрезных фрез, а также торцовых фрез
малых размеров. Для долбяков и прорезных фрез достаточно сил
трения, возникающих на торцах при закреплении. Метчики имеют
квадраты на конце хвостовика (рис. 2.52, г).

Для повышения экономичности ряды значений присоединительных
размеров базовых поверхностей стандартизованы. Это позволяет ог-
раничить номенклатуру оправок, переходников, калибров для их конт-
роля и т.д. В зависимости от размера рабочей части базовые элемен-
ты выбираются по ГОСТ, а для оригинальных инструментов рассчи-
тываются, но назначаются ближайшие большие по ГОСТ. Расчеты на
передачу усилий резания, прочность, жесткость и точность позициони-
рования инструментов и инструментальных блоков изложены в спра-
вочной и учебной литературе [65; 88; 94; 139—141].

2.3.3. Выбор материала присоединительной части

Материалы для корпусов должны обладать достаточной прочнос-
тью и теплопроводностью, сохранять точность размеров и формы
после термообработки, хорошо обрабатываться и обеспечивать хоро-
шее соединение с режущей частью после сварки, наварки и напайки,
а также быть дешевыми и не содержать дефицитных элементов.
Всем этим требованиям в полной мере отвечают конструкционные
углеродистые стали 40, 45, 50 и легированные 40Х, 45Х, 40ХН.

Углеродистые стали применяют для державок резцов, корпусов
сборных разверток, втулок, клиньев, винтов и других элементов сбор-
ных конструкций. Корпуса остальных составных и сборных инстру-
ментов, в том числе и ножи под напайные пластины из твердых
сплавов, изготавливают из легированных сталей, в основном из стали
40Х, которая обладает повышенной прочностью и обеспечивает мень-
шее коробление в процессе термической обработки.

Для тяжелых условий работы, особенно когда требуется высокая
твердость и износостойкость, корпус делают из инструментальных
сталей У7А, У8А, 9ХС и даже быстрорежущей. Так, например, у
сверл с напаянными пластинами твердого сплава и диаметром по
пластинам, равным диаметру корпуса, корпус трется об обработан-
ную поверхность детали со скоростью резания. Поэтому его изготав-
ливают из стали 9ХС или быстрорежущей с последующей закалкой на
высокую твердость.

2.3.4. Выбор способа соединения
присоединительной части с рабочей

Способы соединения рабочей и присоединительной частей, их пре-
имущества и недостатки перечислены в п.2.2 Л. Здесь целесообразно
уточнить некоторые вопросы соединения хвостовиков инструментов с
рабочей частью.
Заманчивым является принцип сборности инструмента, повышаю-
щий его экономичность. Однако его нельзя осуществить для вращаю-
щихся хвостовых инструментов, так как они малых размеров и меха-
ническое соединение хвостовиков не обеспечивает надлежащей жест-
кости, прочности и точности. Только у внутренних протяжек средних и
крупных размеров хвостовики можно свинчивать с рабочей частью.
Резьбовое гнездо при этом выполняют в хвостовике. Соосность хвос-
говика с рабочей частью обеспечивают точной посадкой по торцам и
цилиндрическим пояскам соединяемых частей. У остальных инстру-
ментов хвостовики приваривают встык к рабочей части методом элек-
тросварки или сварки трением. Наиболее рациональной является свар-
ка трением: выше качество сварного шва и точность соединения заго-
товок, в 5—10 раз меньше расход электроэнергии, в четыре раза мень-
ше угар металла, чище рабочее месю, процесс легко поддается авто-
матизации и встраиванию в поточные линии механической обработки,
высокая производительность процесса. Однако метод приемлем только
для сварки цилиндрических заготовок. Для других форм тела заготовок
рекомендуется стыковая электросварка.

2.3.5. Расчет присоединительной части

Расчеты присоединительной части выполняют на передачу усилий
резания, жесткость и точность позиционирования. Конкретные мето-
дики расчета приводятся в соответствующей справочной литературе
и монографиях [65; 88; 94; 136; 139; 141]. Здесь уместно изложить
лишь общие подходы к решению этих задач.

Силы резания передаются силами трения, жесткими элементами
(обычно шпонками) или совместно силами трения и жесткими эле-
ментами. Сила трения — результат нормальных давлений от зажим-
ных устройств или осевой составляющей силы резания, а также силы
затяжки конических хвостовиков в посадочные гнезда шпинделей
станков или вспомогательных державок. Жесткие элементы рассчи-
тывают на смятие, реже на срез. Суммарное значение сил или момен-
тов трения и смятия (среза) должно в два-три раза превышать уро-
вень сил или моментов резания, рассчитанных по формулам теории
резания.
Статическая точность позиционирования вершины инструмента
относительно шпинделя станка или другого базового элемента зави-
сит от погрешностей базовых поверхностей самого режущего инстру-
мента и других элементов инструментального блока, устанавливаемо-
го на станке, а жесткость инструментального блока — от объемной
и контактной жесткости его элементов. Объемная жесткость опреде-
ляется размерами элементов блока, а контактная — точностью и
упругими деформациями сопрягаемых поверхностей. Жесткость бло-
ка и точность позиционирования инструмента оказывают совместное
влияние на точность обработки. Поэтому для конкретных видов работ
и инструментов установлены нормы точности позиционирования инст-
румента и нормы допускаемой податливости инструментальных бло-
ков (мкм/Н), которые с учетом технологических возможностей
теоретико-вероятностными методами распределяют между отдель-
ными элементами конструкции блока. Полученные данные использу-
ют для расчета тела элементов блока и разработки технологических
требований к точности их выполнения и взаимного расположения.

Возможно решение и обратной задачи — выполнение проверочных
расчетов. На основе априорно выбранных параметров составляющих
частей инструментального блока вычисляют достигаемую при этом
точность позиционирования инструмента и податливость блока и
сравнивают их с допускаемыми.

Контрольные вопросы

1. Способы присоединения инструментов к станку и соображения по
их выбору.

2. Требования к способам присоединения инструментов к станку.

3. Разновидности патронов для подвижного соединения инструментов
со шпинделем станка.

4. Формы базовых поверхностей присоединительных частей инсгру-
ментов.

5. Какими способами передаются усилия со станков на инструменты?
6. Материалы присоединительных частей инструментов.

7 . Способы соединения присоединительных частей инструментов с
рабочими.

8 Какие расчеты присоединительной части выполняют при ее проек-
тировании? Общие подходы к выполнению этих расчетов.
2.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЧАСТИ

2.4.1. Оценка необходимости направляющей части

Без точного положения инструмента и направления его движения
относительно обрабатываемой детали невозможно получить заданную
точность размеров и формы обработанных поверхностей. В процессе
работы направление сообщается тому элементу технологической сис-
темы, который обеспечивает движение подачи, например, детали при
фрезеровании, резцу и сверлу при точении и сверлении. Такое направ-
ление всегда обеспечивается станком (соответственно столом фрезер-
ного станка, суппортом токарного или шпинделем сверлильного). Одна-
ко во многих случаях такого направления недостаточно. Для повыше-
ния точности обработанных поверхностей и их положения относительно
друг друга или определенных базовых поверхностей детали инструмен-
гу необходимо сообщить дополнительное направление в работе по при-
способлению или обрабатываемой детали. Это характерно для сверле-
ния точно расположенных отверстий, развертывания, зенкования
углублений под головки винтов и обработки других соосных отверстий
зенкерами и развертками, нарезания резьбы метчиками, протягивания
на горизонтально-протяжных станках, а также для некоторых других
видов обработки. Необходимость такого направления нужно установить
на стадии проектирования инструмента в зависимости от точности
размеров и точности расположения обработанных поверхностей, чтобы
в дальнейшем выбрать способ направления инсгрумента и соотвсг-
ствующие ему направляющие элементы.

2.4.2. Выбор способа направления инструмента в работе

Дополнительное направление инструмента осуществляют по обра-
ботанной или обрабатываемой поверхностям детали, а также по при-
способлению. Более точное направление обеспечивает приспособле-
ние, например, кондуктор для сверления точно расположенных отвер-
стий.

Направляющими элементами инструмента могут быть калибрую-
щие зубья или специальные направляющие части. Направление ка-
либрующей частью предусматривают по обработанной части отвер-
стий всеми стержневыми инструментами, сверлами, зенкерами, раз-
вертками. Для этой цели на калибрующих зубьях выполнены кругло-
шлифованные ленточки. Для лучшего направления, особенно в случа-
ях большой неуравновешенности радиальных сил на зубьях инстру-
мента, желательно иметь ленточки более широкие, а для повышения
стойкости и уменьшения налипаний на инструмент вязких обрабаты-
ваемых металлов — узкие. Компромиссные значения приведены в
соответствующих стандартах и справочной литературе. Направление
ленточками возможно и по кондукторным втулкам приспособления, но
только черновых инструментов (сверл, зенкеров). Числовые инстру-
менты, такие, как развертки, должны в этом случае иметь специаль-
ную направляющую часть, так как при направлении калибрующей
частью инструмент быстро теряет размер в результате трения по
закаленной кондукторной втулке.

Специальные направляющие части могут иметь также инструмен-
ты, направляемые по обрабатываемой поверхности. Примерами мо-
гут служить зенкеры с передней цилиндрической направляющей для
зенкования углублений под головки винтов, развертки, протяжки для
отверстий, метчики для нарезания точных резьб. При этом желатель-
но, чюбы форма направляющих частей повторяла форму обрабаты-
ваемых поверхностей детали (рис. 2.53).

2.4.3, Выбор материала направляющей части

Основными требованиями к направляющей части являются:

а) высокая точность размеров (не должно быть большого зазора
между направляющей частью инструмента и направляющей по-
верхностью обрабатываемой детали или приспособления) и высо-
кая точность расположения относительно рабочей части
инструмента;

б) высокая износостойкость, так как она трется о деталь или приспо-
собление со скоростью резания.

Поэтому направляющие части делают из закаливаемых на высо-
кую твердость инструментальных углеродистых или легированных
сталей, в том числе из быстрорежущих, обращая внимание на техно-
логичность конструкции инструмента в целом. Это значит, что смен-
ные направляющие части можно выполнять из любого указанного
Рис 2.53. Направляющие части (/) а, б — зенкеров; в, г, ж — разверток;
д,е> з — метчиков; и — круглых протяжек

материала. У цельных и составных быстрорежущих инструментов
направляющая часть является естественным продолжением рабочей,
а ее материалом — материал рабочей части, а именно быстрорежу-
щая сталь. Если корпус инс1румента выполнен из конструкционной
стали (зенкеры, развертки, оснащенные твердыми сплавами или но-
жами из быстрорежущей стали), то материалом направляющей части
может быть материал корпуса, но подвергнутый дополнительной об-
работке для повышения износостойкости (закалка после цементации,
хромирование).

2.4.4. Выбор места расположения направляющих частей и
способа их соединения с инструментом

Принципиально задача решается просто. Инструменты могут
иметь только переднюю направляющую часть (расположена перед
рабочей частью), только заднюю (расположена за рабочей частью)
или переднюю и заднюю вместе независимо от способа направления
(по детали или приспособлению).

Две направляющие делают в случае опасности изменения направ-
ления движения инструмента относительно детали при одной направ-
ляющей: зенкерование и развертывание длинных отверстий инстру-
ментами с короткой калибрующей частью; обработка отверстий, ког-
да технологическая система организована таким образом, что под
действием собственного веса детали или инструмента последние
могут изменить свое положение относительно друг друга (протягива-
ние внутренних поверхностей на горизонтально-протяжных станках,
зенкерование или развертывание нескольких соосных отверстий, рас-
положенных на большой длине, особенно на станках с горизонталь-
ным шпинделем, и некоторые другие подобные виды работ. Во всех
остальных случаях предусматривают одну направляющую, переднюю
(направление по обрабатываемой поверхности) или заднюю (направ-
ление по обработанной поверхности или приспособлению).

Наиболее точное расположение направляющих частей возможно,
когда они выполнены как одно целое с рабочей частью или соединены
с ней неразъемно (сварка). Сменные направляющие части с механи-
ческим креплением к рабочей части делают только в случаях, когда
цельная или составная конструкция нетехнологичны или вовсе невы-
полнимы. Так, например, у зенкера для обработки углублений под
цилиндрические головки винтов (зенковка) передняя направляющая
часть не позволяет образовать и заточить зубья на торце зенкера
(см. рис. 1.27, б, г). Поэтому ее делают сменной и соединяют с телом
рабочей части коническим хвостовиком или цилиндрическим хвосто-
виком с дополнительной фиксацией винтом.

2.4.5. Конструктивное оформление направляющей части

Конструктивное оформление направляющей части вытекает из
предъявляемых к ней требований. Так, размеры в поперечном сече-
нии направляющей должны обеспечивать минимальный зазор в со-
членении с направляющими элементами детали или приспособления.

Длину направляющих по детали назначают равной 1,5 размера
поперечного сечения направляющей части, а по приспособлению —
дополнительно увеличивают на длину перемещения инструмента в
работе. Например, задняя направляющая зенкера, направляемого по
кондукторной втулке, равна полтора диаметра отверстия направляю-
щей втулки плюс длина зенкерования.

Форма направляющей части должна копировать форму направляю-
щего элемента. У зенкеров, разверток и круглых протяжек она ци-
линдрическая. Передняя направляющая шлицевой протяжки цилинд-
рическая (соответствует форме обрабатываемого отверстия), а
задняя — шлицевая, повторяет форму сопряженного шлицевого вала.
Для однопроходного нарезания точных внутренних резьб передняя
направляющая метчика цилиндрическая (по отверстию), а задняя —
резьбовая, причем лучшие результаты обеспечиваются ври направле-
нии задней направляющей части по кондукторной втулке приспособле-
ния. Передняя направляющая часть ограничивает радиальные коле-
бания метчика, а резьбовая — обеспечивает точный закон винтового
движения, нарушаемый осевыми силами. При многопроходном наре-
зании точной сквозной резьбы можно ограничиться только передней
резьбовой направляющей, а при нарезании глухой резьбы — только
задней резьбовой направляющей.

С целью повышения износостойкости направляющей там, где это
возможно, делают масляные канавки и канавки для подвода СОЖ к
рабочей части, если другие способы подачи СОЖ невыполнимы. Таким
образом оформляют цилиндрические направляющие зенкеров и развер-
ток (см. рис. 2.53, г, ж). Направляющая часть таких инструментов
может быть естественным продолжением калибрующей части.

Конструктивное оформление направляющих частей инструментов
приводится в справочной литературе, например [94].

Контрольные вопросы

I. Необходимость и способы направления инструментов в работе.

2. Материалы направляющих частей инструментов.

3. Соображения по выбору количества направляющих частей и места
их расположения на инструменте.

4. Методы соединения направляющих частей с телом инструмента.
5. Требования к форме, износостойкости и точности расположения
направляющих частей. Способы обеспечения этих требований.
2Л. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ

Содержание технических требований изложено в п. 2.1.2. Здесь
уместно остановиться лишь на общих подходах к конкретизации этих
требований.

Чем больше твердость режущих элементов инструмента. тем
выше его износостойкость. Быстрорежущие стали могут быть зака-
лены на твердость 63—66 НКСэ, а некоторые марки — до 67 единиц.
Однако для мелкоразмерных (сверла, зенкеры, развертки и другие
инструменты с площадью поперечного сечения до 200 мм2) и мелко-
профильных инструментов (резьбонарезные), которые часто выходят
из строя по поломкам, максимальную твердость не назначают. С
целью повышения прочности твердость таких инструментов должна
быть на 2—3 единицы ниже максимально достижимой.

Желагельно, чтобы твердость направляющих частей была такой
же, как и рабочих, если это технологически выполнимо, а присоеди-
нительных — не более 45 НКСэ.

Линейные и угловые размеры инструмента, которые не влияют
на точность обработки, являются свободными, их отклонения назна-
чают обычно по 14-му квалитету точности. Отклонения размеров и
неточность расположения составных частей инструмента, влияющих
на точность обработанных ими поверхностей, приводят к погрешнос-
тям обработки, и их приведенное суммарное значение не должно
превышать одной трети от допуска на соответствующий размер об-
работанной детали. Две трети допуска оставляют на технологические
и другие неучтенные ошибки, сопутствующие обработке детали. Если
при этом допуски на отдельные элементы конструкции инструмента
окажутся слишком жесткими и технологически невыполнимыми, то
их можно увеличить до суммарного приведенного значения 50—70 %
от допуска на размер детали.

Неточность расположения рабочих поверхностей и режущих
кромок, определяемая углами, нормируется так же, как и другие
размеры Радиальное и торцовое биение режущих кромок многолез-
вийных инструментов или разновысотность зубьев влияют как на
точность обработки, так и на стойкость инструмента. Что касается
нормирования по точности, то оно осуществляется в связке с другими
погрешностями, как указывалось выше. Это значит, что все отклоне-
ния, влияющие на точность обработки, приводятся к пофешностям
обработки, статистически складываются (хотя бы квадратично), и
вызываемая этой суммой погрешность обработки не должна превы-
шать 30—70 % допуска на соответствующий размер обрабатываемой
детали. Стойкость инструмента повышается с уменьшением биений
режущих кромок, так как исключается перегрузка отдельных зубьев
и их преждевременное затупление, которое в дальнейшем сказывает-
ся и на точности обработки. С позиций стойкости не следует сильно
ограничивать биение кромок, так как может оказаться, что увеличе-
ние затрат на повышение точности расположения кромок не скомпен-
сируется экономией от повышения стойкости. Это значит, что допус-
каемое биение режущих кромок должно быть экономически выгод-
ным. Пороговое значение экономически выгодных величин не посто-
янно. С совершенствованием методов заточки и доводки инструмен-
та оно смещается в сторону меньших значений. Средние экономичес-
ки выгодные значения приводятся в соответствующих стандартах, и
их следует придерживаться. Ужесточение норм против стандарта
возможно, но при строгом экономическом обосновании выгодности.

Шероховатость рабочих поверхностей (передних и задних) ска-
зывается на стойкости так же, как и биение режущих кромок, с умень-
шением шероховатости стойкость инструмента повышается. Подходы
к ее нормированию такие же, как и к биениям кромок. Значения шеро-
ховатости должны быть экономически выгодными. Средний уровень
значений приводится в соответствующих стандартах.

Шероховатость базовых и других поверхностей определяется
методами их обработки, те. точностью их размеров. Каждому
методу обработки свойственна вполне определенная точность обра-
ботки и шероховатость обработанных поверхностей. Тем не менее
на рабочих чертежах она обозначается, что особенно важно для
базовых поверхностей, так как от их шероховатости зависит контак-
тная жесткость стыков и в конечном итоге — точность позициони-
рования инструмента.
Из известных методов повышения режущей способности инстру-
мента (нанесение износостойких и антифрикционных покрытий, меха-
нические, химико-термические, гальванические и физические методы
упрочнения) выбирается наиболее приемлемый для конкретного инст-
румента и записывается на чертеже одним из пунктов технических
требований. Затраты на упрочнение небольшие, а стойкость инстру-
мента повышается в два и более раз. При этом необходимо помнить,
что методы, повышающие хрупкость (цианирование, хромирование),
нецелесообразны для мелкоразмерных и мелкопрофильных инстру-
ментов, а-для инструментов с малыми задними углами, особенно для
обработки вязких металлов, предпочтительнее методы, уменьшаю-
щие трение (хромирование, сульфидирование, эпиламирование, обра-
ботка паром). Такие методы наряду с повышением стойкости
способствуют уменьшению налипаний обрабатываемого металла на
трущиеся поверхности инструмента.

Если существует несколько технологических методов обеспечения
требований чертежа инструмента, на нем обязательно указывается
тот, который обеспечивает требуемое качество. Так, например, малая
шероховатость рабочих поверхностей инструмента может быть дос-
тигнута полированием или доводкой. Рядом со знаком шероховатости
или отдельно в технических требованиях следует записать: «дово-
дить», так как при полировании неизбежно заваливание режущих кро-
мок. Стружечные канавки доводить нецелесообразно, экономичнее
полировать. Неразъемное соединение встык рабочей и присоедини-
тельной частей инструмента возможно электросваркой или сваркой
трением. Если требуется высокое качество соединения, предпочти-
тельнее сварка трением, о чем обязательно необходимо записать в
технических требованиях.

Методы испытания в работе стандартных инструментов указаны в
соответствующих стандартах и в технические требования на рабочих
чертежах таких инструментов не записываются. В случаях, когда
такие требования для оригинальных инструментов отличаются от
стандартизованных, их целесообразно записать. В технических требо-
ваниях записывается также «инструмент должен обеспечить задан-
ную точность обработки детали», если нет уверенности в том, что
Раздел 2, Проектирование режущих инструментов
ючность обработки будет обеспечена даже в случае изготовления
инструмента в строгом соответствии с чертежом.

Маркировка инструмента должна содержать необходимый мини-
мум сведений для поиска инструмента, организации его нормальной
жсплуатации и заточки: условное обозначение по ГОСТ или индекс,
присвоенный чертежом; режущий материал; класс точности; модуль,
угол зацепления и обслуживаемое число зубьев колес для зуборезных
инструментов; шаг винтовых стружечных канавок и значения углов
заточки, если они оказывают влияние на точность поверхностей, об-
рабатываемых инструментом; дату изготовления. Кроме этого, мар-
кируется товарный знак завода-изготовителя для возможности
предъявления претензий по качеству инструмента, если в этом воз-
никнет необходимость. Лишние знаки маркировки не допускаются,
так как повышается себестоимость инструмента. Конкретные требо-
вания к маркировке указаны в соответствующих стандартах.

Указания по консервации и упаковке инструмента, законченного из-
готовлением, разрабатываются с учетом сроков и места хранения, а
также доставки его к этому месту. Это технологические вопросы,
разрабатываемые технологом-инструментальщиком. Однако если кон-
структор-инструментальщик считает некоторые вопросы очень важны-
ми для поддержания качества инструмента, их следует вносить в тех-
нические требования. Требования к консервации и упаковке стандарт-
ных инструментов обычно содержатся в соответствующих ГОСТах.

Контрольные вопросы

1. Подходы к конкретизации технических требований к инструменту*
твердости рабочей, присоединительной и направляющих частей;
отклонений линейных и угловых размеров; неточности расположе-
ния поверхностей и кромок, шероховатости поверхностей, методов
повышения режущей способности, технологических требований,
требований к испытаниям инструментов в работе, маркировке,
консервации и упаковке.

2.6. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА

Проектирование инструмента начинается с тщательного изучения
выданного или разработанного самим конструктором технического
задания на проектирование. Изучаются условия работы инструмента,
по которым выясняют принципиальные особенности его конструкции.

Рассмотрим некоторые примеры, например, сверление сквозного
отверстия диаметром свыше 80 мм. Основная особенность — боль-
шая работа резания обычным спиральным сверлом. Принципиальная
особенность альтернативной конструкции — сверло для кольцевого
сверления, уменьшающее работу резания. Сверлению отверстий в ста-
ли 15 сопутствует интенсивное налипание обрабатываемого металла на
поверхностях трения инструмента, особенно на круглошлифованных
ленточках: Необходимо уменьшить трение за счет сокращения ширины
ленточек, подточки ленточек, увеличения обратной конусности. Подоб-
ные принципиальные особенности конструкции выявляют перед нача-
лом конструирования. Затем последовательно решаются задачи проек-
тирования по всем рассмотренным выше пунктам или по части из них
в зависимости от заданного или принятого направления проектирования.
Основных направлений четыре:

1) проектирование стандартных инструментов (разработка рабочих
чертежей таких инструментов). Все параметры конструкции и тех-
нические требования принимаются по ГОСТ;

2) оптимизация стандартных инструментов. Выполняется с целью
повышения эффективности их работы главным образом за счет
совершенствования схем резания, методов охлаждения в работе,
способов крепления режущих элементов, оптимизации шага зубь-
ев. Элементы конструкции, кроме оптимизируемых, принимаются
по ГОСТ;

3) доработка стандартных конструкций с оптимизацией отдельных
элементов применительно к конкретным условиям работы в мас-
совом и крупносерийном производстве. Стандартные инструменты
приспосабливают к конкретным условиям работы. Возможно из-
менение стандартных габаритных размеров, геометрических пара-
метров, схем резания, шага зубьев и некоторых других элементов
для улучшения экономических и точностных параметров работы
инструмента. Используются стандартные режущие элементы и
способы их крепления, стандартные ряды присоединительных ча-
стей и некоторые неоптимизируемые технические требования;
4) разработка оригинальных конструкций, в том числе специальных
фасонных. Здесь может быть полностью исключен аналоговый
метод проектирования, если конструкция оптимизируется но мини-
муму приведенных затрат на операции использования инструмента.
Однако подобные конструкции из-за непредвиденных просчетов
могут оказаться неработоспособными, и их необходимо длитель-
ное время дорабатывать. Поэтому и здесь полезно использовать
некоторые стандартные решения.

Использование стандартных аналогов при конструировании ускоря-
ет и облегчает сам процесс проектирования, гарантирует работоспо-
собность стандартных элементов, удешевляет конструкцию и обеспе-
чивает средний уровень качества.

Оптимизация конструкции заключается в выборе и объединении
оптимальных элементов конструкции с достижением оптимальной
связки по приведенным затратам на операции использования инстру-
мента. Для этого нужно произвести патентно-информационный поиск,
ознакомиться с уже имеющимися решениями сперва по учебникам,
затем по научным публикациям и наконец — по авторским свидетель-
ствам и патентам. При этом необходимо помни 1ь, что совокупное1ь
оптимальных элементов конструкции не всегда обеспечивает опти-
мальный результат. Поэтому после присоединения последующего эле-
мента конструкции к предыдущим надо оценить оптимальное 1ь связ-
ки и присоединить элемент такого свойства, с которым связка ока-
жется оптимальной по приведенным затратам.

С целью ускорения проектирования и избежания возможных оши-
бок целесообразно использовать САПР РИ, для которых имеется уже
достаточно программ по проектированию многих инструментов.

В предлагаемом учебном пособии номера стандартов практичес-
ки не указывались, так как они часто изменяются. Поиск номеров
необходимых стандартов производят по издаваемым ежегодно сбор-
никам — информационным указателям стандартов, имеющимся в
любой технической библ иол еке.

Контрольные вопросы

1. Разновидности направлений в проектировании инструментов в за-
висимости от их назначения.
2. Что следует йзучить перед началом проектирования режущего
инструмента?

3. Причины необходимости использования стандартных решений при
конструировании.

4. Какие элементы конструкции инструмента должны быть стандар-
тными?

2.7. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ИНСТРУМЕНТОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
МАШИНОСТРОЕНИЯ

2.7.1. Проектирование режущих инструментов

Инструменты автоматизированных производств, как и любые дру-
гие, должны при заданном качестве обработки обеспечить минимум
приведенных затрат на операциях их использования. Однако в связи с
особенностями функционирования автоматизированных производств
ужесточаются прежние требования к инструментам или предъявля-
ются новые, такие, как:

а) высокая надежность работы инструмента;

б) высокие и стабильные режущие свойства;

в) удовлетворительное формирование и отвод стружки,

г) быстросменность при замене;

д) взаимозаменяемость, обеспечиваемая настройкой на размер вне
станка;

е) универсальность применения для типовых обрабатываемых поверх-
ностей различных деталей на разных станках с ЧПУ;

ж) повышенная точность инструментов для станков с ЧПУ.

Все эти требования вписываются в три основные, ранее рассмот-
ренные:
♦ высокая производительность;

♦ малая энергоемкость процесса резания;

♦ экономичность инструмента.

Пути реализации требований «а»—«ж» принципиально такие же,
как и для инструментов вообще, и проектируются они по тому же,
изложенному ранее алгоритму (см. п. 2.1.2). Тем не менее ужесточе-
ние основных требований и удовлетворение новых, связанных с усло-
Раздел 2. Проектирование режущих инструментов
виями эксплуатации автоматизированного оборудования, требуют по-
иска иных путей решения ряда задач. Уточним некоторые из них,
частично рассмотренные в п.1.12.1.

Если в соответствии с алгоритмом проектирования проанализировать
решение прежних задач, то можно выявить следующие особенности.

Прежде всего, при выборе режущего материала стремятся
использовать материал более высокой теплостойкости и прочности с
целью повышения производительности и надежности инструмента.
Эти требования не всегда совместимы. Поэтому приходится прини-
мать компромиссное экономически выгодное решение. С целью повы-
шения универсальности инструментов режущие материалы в виде
многогранных неперетачиваемых пластин (МНП) механически кре-
пят к корпусам. В результате такой инструмент можно быстро пере-
снастить пластинами другого режущего материала

Широкое использование МНП само по себе предопределяет
конструкции инструментов в основном с прогрессивными схемами
резания, т.е. принудительно обеспечивается использование таких схем.

Геометрические параметры инструментов с МНП обеспечива-
ются как за счет параметров самой пластины, так и за счет наклон-
ной установки пластины в корпусе инструмента. Что касается выбора
оптимальных значений задних углов и углов наклона режущих кромок,
то нет никаких препятствий на пути реализации этих требований.
Пластины изготавливают с задними углами от 0 до 30° с малым
шагом изменения, что вполне достаточно для точного воплощения
оптимальных значений задних углов. Кроме того, при этом повышает-
ся универсальность инструментов: легко, без переточки и без замены
корпуса можно получить инструменты с другими задними углами,
заменив режущие пластины. Передние углы получают за счет выкру-
жек на передней поверхности пластин, образуемых при прессовании
(см. рис. 2.35, к, л). Кроме того, они зависят также и от угла поворота
пластины, необходимого для получения выбранных значений задних
углов. Поэтому для более строгой реализации оптимальных значений
передних углов и достижения большей универсальности инструментов
целесообразно расширить ряд передних углов у сменных многогран-
ных пластин.
Ужесточение требований к надежности способов формиро-
вания стружки повлекло за собой создание МНП с фигурными
передними поверхностями, позволяющими обеспечить стружколома-
ние в широком диапазоне элементов режима резания. Примеры таких
решений приведены на рис. 2.35, к, л.

Оптимизация шага зубьев сборных инструментов сводится к
поиску таких способов закрепления пластин, которые при всех прочих
условиях обеспечат минимальное значение шага. Перешагнуть границу
оптимума в направлении минимизации шага не удается. Оптимизация
шага зубьев цельных и составных инструментов ничем не отличается
от изложенной ранее. При этом следует помнить, что оптимизация
шага экономически приемлема для инструментов в массовом произ-
водстве на жестких автоматических линиях из агрегатных станков. Для
станков с ЧПУ целесообразно было бы расширить номенклатуру стан-
дартных инструментов, т.е. делать инструменты с определенным ря-
дом чисел зубьев. Например, цилиндрическую фрезу диаметром 80 мм
делать трех и более разновидностей по числу зубьев.

В решении остальных задач по алгоритму проектирования рабочей
части инструментов автоматизированного машиностроения принципи-
альных особенностей нет. Нет их и в проектировании направляющих
частей. Разница состоит разве лишь в том, что меньшее число инст-
рументов имеет направляющие части, так как станки с ЧПУ обеспе-
чивают точное позиционирование инструмента. По той же причине во
многих случаях отпадает необходимость в подвижном соединении
инструмента со шпинделем станка.

Проектирование присоединительной части отличается глав-
ным образом тем, что надо обеспечить быстросменное крепление
инструментов в случае ручной замены. Примеры подобных решений
для резцов и стержневых инструментов приведены на рис. 1.90.

Отличается от стандартных присоединительная часть инструмен-
тов модульных конструкций, поскольку стандартные элементы присо-
единительной части инструментов общего назначения мало пригодны.
Они не Обеспечивают требуемой точности позиционирования и жест-
кости, что наряду с требованиями быстрой замены инструментов и их
технологичности заставило искать новые конструктивные решения
присоединительных устройств. Сейчас их достаточно много. Обоб-
щающих исследований качества таких устройств пока нет. Умозри-
тельно лучшие конструкции будут описаны при рассмотрении вспомо-
гательных инструментов, так как присоединительные части режущего
модуля (самого инструмента) и переходников (модулей вспомогатель-
ного инструмента) одинаковы.

Взаимозаменяемость инструментов обеспечивается вводом
в их конструкцию компенсаторов в виде винтов со сферической
головкой, позволяющих заранее, вне станка, настроить необходимый
размер инструмента. После установки такого инструмента на ста-
нок подналадка не требуется. Представления о конструкции таких
инструментов и методах их настройки можно получить из рассмот-
рения рис. 1.92 и 1.93.

Универсальность инструментов достигается за счет модуль-
ности конструкций. Любой инструмент конкретного назначения можно
получить путем быстрой сборки из унифицированных модулей. При-
мерами могут служить инструменты на рис. 1.95 и 2.54. Таким ори-
гинальным способом (модульность конструкций) решается противоре-
чие между универсальностью и специализацией инструмента. При
этом унифицированные модули изготавливают специализированные
предприятия. В результате — низкая стоимость модулей при высоком
качестве. Единственным недостатком модульных конструкций явля-
ется пониженная жесткость и трудности в достижении требуемой
точности позиционирования инструмента, так как мною сочленений.
Однако этот недостаток оборачивается и положительной стороной:
более высокая виброустойчивость из-за демпфирования колебаний
стыками модулей.

Высокая точность инструмента зависит от точности изготовле-
ния, а также выбора оптимальных, с точки зрения точности, базовых
поверхностей, методов сочленения режущего инструмента со вспомо-
гательным и со станком. Для сохранения точности позиционирования
инструмента во время работы немаловажную роль играет также спо-
соб передачи усилий резания со станка на инструмент.
Рис 2 54. Гибкая модульная система инструмента, а — с осевым закрепле-
нием модулей, б — с угловым закреплением модулей, в — модули

Используют также и другие методы повышения точности режу-
щих инструментов. Так, например, высокая точность многолезвийных
инструментов с МНП, в частности фрез, достигается за счет регули-
рования положения кассет с установленными в них режущими пла-
стинами.

Точность расточных инструментов обеспечивается резцовыми
вставками с микрометрическим выдвижением резцов, так называе-
мыми микроборами.

Высокая надежность возможна при реализации методов, изло-
женных на рис. 1.88. Эти методы понятны. Необходимо указать лишь
на одно дригинальное решение, тангенциальное расположение режу-
щих пластин на корпусах инструментов в отличие от обычного ради-
ального. Очень эффективно для тяжелонагруженных инструментов,
например, фрез (см. рис. 1.38, ж). Режущие пластины при таком
расположении выдерживают большие нагрузки, а сами инструменты
более технологичны: проще изготовление гнезд под пластины.

2.7.2. Проектирование вспомогательных инструментов

Вспомогательные инструменты предназначены для закрепления на
станках нужных для работы режущих инструментов. Собранные та-
ким образом инструментальные блоки должны не только отвечать
функциональным требованиям, но и обеспечить минимум приведен-
ных затрат на операциях их использования.

Функциональные требования к вспомогательным инструментам:
а) точное позиционирование режущих кромок инструмента и хорошая
повторяемость точности при перезакреплениях инструмента,
б) возможность настройки инструментального блока на размер обра-
ботки вне станка;

в) достаточная для работы прочность, жесткость и виброустойчи-
вость;

г) возможность подвода СОЖ к зоне резания,

д) возможность подвода управляющих сигналов контроля состояния
инструмента;

е) возможность установки датчиков кодирования.

Минимум приведенных затрат на операциях использования вспо-
могательных инструментов можно достичь, если собранные инстру-
ментальные блоки обеспечат высокопроизводительную работу обору-
дования и будут экономичными. Для этого к вспомогательным инст-
рументам следует предъявить дополнительные требования:
ж) возможность быстрой сборки и замены инструментальных блоков;
з) минимальная номенклатура инструментов, входящих в систему
или подсистему;

и) универсальность, допускающая использование одних и тех же
вспомогательных инструментов для создания различных инстру-
ментальных блоков к разным станкам;

к) высокая технологичность конструкции.

Проектирование начинается с изучения технического задания, в
результате которого по классу обрабатываемых деталей и видам
ных блоков, а также универсальность и технологичность конструкций
вспомогательных инструментов. Из этого неполного перечня свойств
видно, что почти все качественные характеристики, в том числе и
экономические, зависят от узла крепления или соединения.

Рис 2.55 Схема подачи СОЖ к зоне резания: / — базовая оправка,
2 — уплотнение; 3 — расточная оправка

Базовыми в этих узлах являются уже известные поверхности:

♦ плоскость для базирования резцов, резцовых вставок, а также раз-
ного рода державок и переходников с развитой, для повышения
точности базирования, торцовой плоскостью,

♦ наружные цилиндрическая и коническая поверхности для соедине-
ния режущих инструментов с держателями и вспомогательных
инструментов между собой, а также базовых оправок со шпинде-
лями сверлильно-фрезерно-расточных станков,

♦ внутренняя цилиндрическая и коническая поверхности для со-
единения режущих инструментов со вспомогательными и вспо-
могательных между собой. Эти поверхности хорошо видны на
рис. 1.96—1.98.

Силы резания и крутящие моменты передаются силами трения и
жесткими элементами в виде шпонок, штифтов, зубчатых муфт и
других устройств,

Хвостовик базовой оправки для создания инструментального блока
многоцелевого станка представлен на рис. 2.56, а, а на рис. 2.56, б —
захватные устройства для затягивания хвостовика в гнездо шпинделя
б

Тип узла креп- ления Присоедини - тельные поверхности Способ затяги - дани* Эскиз узла крепления
/ Цилиндри- ческая,^ плоский торен. Спонощья радиарьуы* винт оо —1 4-—
2 Коническая С помоицм конуса Морев • -— Р ЕВ
3 Короткий *онус. плоский торец С помощь» осевого затяжного винта ГВ1
4 Цилиндри- ческая, плоский торец С помощью осевого затяжного винта
5 Цилиндри- ческа*' плоский торец С помощью радиального затяжного винта — в
6 Цилиндри- ческая плоский торец Непосред- ственное свинчи- вание

7 Цилиндри- ческое, плоский » торец । С помощью спрцислемего устройства 1^---—1 -•

Рис 2 56 Типы соединений модульных инструментов: а — хвостовик
базовой оправки; б — захватные устройства базовых оправок;
в — типы соединения модулей
станка. Ниже, на рис. 2.56, в, показаны узлы соединения оправки с
другими модулями блока. Седьмой тип соединения имеет массу кон-
структивных решений. Такое многообразие связано с поиском опти-
мальной конструкции. Сейчас пока рано утверждать, которая из име-
ющихся конструкций лучше, нет сравнительных исследований .их
свойств. Поэтому на данном этапе на основе лишь здравого смысла
можно указать на лучшие решения. Несколько таких решений рас-
смотрим подробнее.

В системе «МС8-8» фирмы НеПе! (рис. 2.57, а) при завертывании
винта 2 происходит затягивание цилиндрического хвостовика инстру-
мента / в державку 4 с помощью сухаря 5 и шариков со срезом 3 до
создания необходимого натяга на торцах модулей 1 и 4 .

Система «МСН50» фирмы Нег1е1 (рис. 2.57, б) отличается от
предыдущей (рис. 2.57, а) тем, что плоские торцы инструмента 4 и
державки 1 заменены зубчатыми полумуфтами 3 зацепления Хирта.
Такое соединение может передать больший крутящий момент и обла-
дает большей жесткостью при внецентренном нагружении (в 1,5—2,0
раза выше жесткости соединения с плоскими торцами). Поэтому
система «МСН50» первоначально была разработана для токарных
станков, но может применяться и для сверл ил ьно-фрезерно-расточ-
ных.

Система «К8» фирмы Нейе1 (рис. 2.57, в) несколько сложнее пре-
дыдущих. Здесь используется так называемый кольцевой сегментный
зажим. В шпинделе / имеется кольцевая расточка, в которую встав-
ляется трубчатый хвостовик инструмента 2. С внутренней кольцевой
канавкой хвостовика взаимодействуют сегменты 4, количество кото-
рых зависит от размеров соединения. Сегменты 4 деформируются
под действием радиальной силы со стороны шариков 3, выталкивае-
мых тягой 5. Торцовое замыкание может быть по плоскому торцу или
по зубчатому зацеплению Хирта. Канавки под захват авгооператора
и размеры захватной части тяги стандартные и позволяют использо-
вать имеющиеся узлы станков. Стандартным является также способ
подвода СОЖ.

Заслуживает внимания 8-й тип узла крепления. Более простым и
надежным из вариантов этого типа является система «СоготапС-
Рис 2.57. Системы соединения инструментальных модулей фирмы НеПек
а —“МС8—8”; б — “МСН50”; в — “К8” и фирмы ЗапсМк-СоготагП;

г — “Соготагн-Сар1о”
СарХо» с РК-профильным соединением, характеризующимся большой
несущей способностью и равномерным распределением контактных
деформаций. В этой системе коническое соединение с уклоном 1°15'
и с тремя дуговыми поверхностями контакта (рис. 2.57, г) обеспечи-
вает самоцентрирование и имеет одинаковую жесткость в обоих на-
правлениях вращения. Резцовая головка 1 тягой 4 через фигурную
цангу 3, входящую во внутренний кольцевой паз головки /, затягива-
ется в коническое гнездо державки 2. Усилие затягивания подбирает-
ся таким образом, что торцовая поверхность головки / плотно прижи-
мается к торцу державки 2. При раскреплении головки / тяга 4 своим
буртиком выталкивает головку, преодо-

левая силу трения.

Рассмотренные узлы крепления уни-
версал ьны. Их можно испол ьзовать
для сочленения любых режущих и
вспомогательных инструментов при
создании инструментальных блоков к
любым станкам. По технологичности
системы фирмы НеНе! занимают сред-
нее положение среди других систем, но
по мнению специалистов являются
лучшими в настоящее время, хотя и
сложнее устройств 1—6 на рис. 2.56

Оригинальный и технологичный
узел крепления резцового блока 1 в
резцедержателе или оправке 4 с помо-
щью тяги 2 (рис. 2.58) разработан фир-
мой ЗапсКнк-СоготапХ. Под действием
силы приложенной к тяге 2, резцо-
вый блок прижимается к торцу оправки
и к ее боковым плоскостям в результа-
те деформации щечек 3 резцового бло-
ка.

Во всех рассмотренных узлах креп-
ления присоединительная часть — ма-

Рис 2 58 Схемы крепления
резцового блока на оправке

лой длины, что способствует ускорению замены модулей. С позиций
ускорения замены инструментальных блоков и повышения жесткости
и точности их соединения со шпинделями станков ставится под со-
мнение используемое сейчас коническое соединение с конусностью
7:24 (см. рис. 1.95).

Образцы базовых резцедержателей из подсистем вспомогатель-
ных инструментов к токарным станкам (см. рис. 1.97 и 1.98) показа-
ны на рис. 2.59 и 2.60.

Рис 2 59, Резцедержатель с цилиндрическим хвостовиком: / — шарик
подвода СОЖ; 2 — винт крепления прижимной планки, 3 — прижимная
планка; 4 — опорная планка; 5 — регулировочный винт; 6 — корпус

Для обеспечения возможности автоматического поиска нужного
для работы инструмента кодируют гнезда инструментального ма-
газина или инструментальные блоки на режущем или вспомога-
тельном модуле. Последнее более рационально, так как инстру-
Рис 2,60, Резцедержатель с базирующей призмой: / — шарик подвода СОЖ;

2 — винт крепления прижимной планки; 3 — прижимная планка;

4 — опорная планка; 5 — регулировочный винт; 6 — корпус

менты в магазине можно располагать в любом порядке. Способы
кодирования инструмента разные Используют кодировочные коль-
ца (рис. 2.61), ощупываемые при поиске электроконтактными дат-

чиками, или магнитные штрихи, считываемые магнитными датчи-
ками. В последние

годы кодирование ин-
струмента усовершен-
ствовалось и усложни-
лось. Специальные
кодировочные датчи-
ки, встроенные в инст-
румент, позволяют за-
писать не только код

инструмента, но и его
параметры, отрабо-
танное время и другие,
необходимые для экс-
плуатации сведения.

Рис 2,61, Размещение кодовых колец на
инструментальных оправках: 1 — хвостовик,
2 — промежуточное кольцо;

3 — кодовое кольцо, 4 — штырь
Более подробно вопросы проектирования инструментальной оснас-
тки для станков с ЧПУ изложены в справочной и специальной лите-
ратуре, например [62—64; 137; 138].

Контрольные вопросы

1. Требования к режущим инструментам автоматизированного маши-
ностроения (АМ).

2. Способы обеспечения дополнительных или ужесточения общих
требований к режущим инструментам АМ.

3. Функциональные требования к вспомогательным инструментам АМ.

4. Требования с позиций минимума приведенных затрат на операциях
использования вспомогательных инструментов.

5. Цели и способы организации подсистем и систем вспомогатель-
ных инструментов.

6. Схемы наиболее рациональных узлов соединения модулей инстру-
ментальных блоков к станкам с ЧПУ.

7. Структура инструментального блока в подсистеме или системе
вспомогательных инструментов.

2.8. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
КОНСТРУКЦИЙ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
И РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Совершенствование конструкций режущих инструментов, как и лю-
бых других объектов производства, направлено на улучшение функцио-
нальных свойств. Для инструментов — это повышение качества обра-
ботки и уменьшение приведенных затрат на операциях их использования.

В соответствии с ранее принятой классификацией можно обозначить
четыре генеральных направления совершенствования конструкций:

1. Повышение производительности инструмента.

2. Уменьшение энергоемкости процесса резания инструментом.

3. Повышение экономичности инструмента.

4. Повышение качества деталей, обработанных инструментом.

Все эти направления обозначены в разделе 2. С учетом этих
направлений рассмотрено решение задач по проектированию, изготов-
лению и эксплуатации режущих инструментов. Там же приведена
эффективность тех или иных мероприятий. Тем не менее целесооб-
разно в сжатом виде, образно, в форме графа представить основные
мероприятия по названным направлениям (рис. 2.62 — 2.65).
2 62, Конструктивные и технологические мероприятия по повышению
производительности инструмента
Рис. 2.63. Пути уменьшения энергоемкости процесса резания

Рис 2 64. Пути повышения качества деталей, обработанных инструментом
Повышение экономичности

Уменьшение первоначальной стоимости

Повышение технологии-,
ности

Уменьшение расхода
дорогостоящих
материалов

-Г ► Возможность переработки полностью отработанного
инструмента на другой размер

Простота и полнота утилизации отходов из дорогостоящих
и дефицитных режущих материалов

Рис 2,65. Пути повышения экономичности режущих инструментов
Теория проектирования инструментов играет обслуживающую
роль. Ее развитие нацелено на прогнозирование и научную разработку
пулей совершенствования конструкций инструментов, в первую оче-
редь — на разработку методик оптимизации конструкций инст-
рументов вообще и инструментов конкретного назначения в частно-
сти, а также на создание новых высокопроизводительных и высоко-
точных инструментов для новых методов обработки.

Контрольные вопросы

1 Основные направления совершенствования конструкций режущих
инструментов.

2 . Конструктивные и технологические мероприятия по сокращению:

а) основного времени обработки детали;

б) вспомогательного времени на замену инструмента.

3 Пути уменьшения энергоемкости процесса резания.

4 . Способы повышения точности и качества поверхностей, обрабо-
танных инструментом.

5 Пути повышения экономичности режущих инструментов.

6 . Направления развития теории проектирования режущих инструментов.

2.9. ПРИМЕР РАЗРАБОТКИ КОНСТРУКЦИИ
ИНСТРУМЕНТА ПО МЕТОДИКЕ,
ИЗЛОЖЕННОЙ В РАБОТЕ

Техническое задание

Спроектировать метчик для однопроходного нарезания особо точ-
ной сквозной метрической резьбы М16х2 в детали из стали 45 по
ГОСТ 1050—88, твердостью НВ = 200, ов=600МПа, в условиях се-
рийного производства. Длина резьбы — 25 мм. Допуск среднего диамет-
ра резьбы — 60 мкм. Шероховатость боковых поверхностей /?а=3,2 мкм.
Скорость резания — 6 м/мин. Охлаждение поливом 5%-ной эмульсией
из эмульсола по ГОСТ 1975—75 с расходом 10 л/мин.

Изучение технического задания выявляет, что эта резьба на-
много точнее 2-й степени по ГОСТ 4608—81. В справочной литера-
туре отсутствуют рекомендации по проектированию метчиков для
нарезания таких резьб. Патентно-информационный поиск здесь необ-
Раздел 2. Проектирование режущих инструментов
ходим в большей степени, чем в случае проектирования инструмен-
юв, которые нашли отражение в справочной литературе.

Выполним проект в соответствии с приведенным алгоритмом про-
ектирования (см. п.2.1.2) путем последовательного выбора лучших
вариантов элементов конструкции.

2.9.1. Проектирование рабочей части

2.9.1.1. Выбор режущего материала
и способа его закрепления

По теплостойкости подходят все режущие материалы, за исключе-
нием углеродистых и низколегированных сталей, так как скорость
резания относительно малая. По прочности нельзя применить минера-
локерамику и СТМ. Твердые сплавы резать сталь с низкими скорос-
(ями не в состоянии. При низкой температуре резания режущая кром-
ка пластин твердого сплава осыпается. Приемлемыми являются
только быстрорежущие стали. Наиболее износостойкими из них при
малых скоростях резания являются Р18 и стали повышенной, а также
высокой теплостойкости, например, Р14Ф4, Р18К5Ф2 и др. По техно-
логичности, особенно шлифуемости (наименее склонны к прижогам,
что особенно важно при шлифовании резьбы), лучшими являются
стали Р18 и Р6М5. Из-за дефицита вольфрама сталь Р18 почти не
используется. Поэтому окончательно выбираем сталь марки Р6М5 по
ГОСТ 19265—73. По экономичности нечего отсеивать, так как оста-
лась только одна марка материала.

Всю рабочую часть метчика такого размера делают целиком из
режущего материала. Поэтому способ закрепления режущего матери-
ала не выбираем.

2.9Л.2. Выбор схемы резания
и разработка структурной схемы метчика

Схема и кинематика резания, а также конструкция узла станка для
установки и закрепления инструмента определяют структурную схе-
му последнего. От этих парамегров зависит работоспособность инст-
румента, в том числе обеспечиваемая им точность и шероховатость
обработанных поверхностей. Правильный выбор схемы резания и
структурной схемы проектируемого метчика возможен только после
выяснения причин образования погрешностей резьбы в процессе наре-
зания.

Подробное изучение литературы по этому вопросу ([132—134; 257;
265—268; 270] и др.) подтвердило мнение, изложенное в пп. 1.8.1 и
4.4.6 данной работы, что основными причинами неточности па-
раметров нарезаемой резьбы являются осевые и радиаль-
ные силы, воздействующие на метчик. Осевые силы резания
выталкивают метчик из нарезаемого отверстия, и под их воздействи-
ем опорные режущие кромки метчика снимают с прилежащих к ним
сторон резьбы детали дополнительную стружку (рис. 1.60, г), расши-
ряя впадины нарезаемой резьбы, искажая ее шаг и профиль. Внешние
осевые силы, направленные в сторону осевых сил резания, например,
силы перемещения шпинделя сверлильного станка, а также радиаль-
ные колебания метчика под действием внутренних и внешних ради-
альных сил усугубляют эти явления. Средний диаметр нарезаемой
резьбы становится больше среднего диаметра резьбы метчика. По-
является так называемое разбивание резьбы. При этом чем больше
разбивание, тем больше рассеивание размеров, ниже точность резь-
бообработки (Шагун В.И. Взаимосвязь между разбиванием внутрен-
ней резьбы и ее точностью//Сб.: Наука — производству. — Мн.:
ИНТИП, 1963. — С. 34—40). Поэтому для повышения точности
необходимо уменьшать разбивание резьбы прежде всего от воздей-
ствия осевых сил, а затем — радиальных.

Внутренние радиальные силы вызваны радиальным биением режу-
щих кромок метчика, разной длиной главных режущих кромок на
разных перьях. Внешние радиальные силы — следствие радиального
биения метчика от неточности его установки в шпинделе станка или
от радиального биения шпинделя.

Влияние закручивания метчика под действием момента резания
(см. п.4.4.6) ощутимо только для резьб меньше М12 и в данной
разработке учитываться не будет.

Решение поставленной задачи возможно по двум направлениям:
а) исключение или хотя бы уменьшение осевых и радиальных сил;
б) нейтрализация действия осевых и радиальных сил.
Уменьшения осевых и радиальных сил можно достигнуть оптими-
зацией по точности резьбообработки геометрических параметров
метчика: увеличением передних и задних углов, оптимизацией угла в
плане и угла наклона стружечных канавок [133; 268]. Наиболее эф-
фективен выбор такого направления стружечных канавок (правые для
правой резьбы и левые для левой) и угла их наклона (около 30°),
которые создадут осевую силу по подаче метчика и смогут в какой-
ю мере скомпенсировать силу перемещения шпинделя сверлильного
станка, т.е. минимизируют избыточную осевую силу, воздействую-
щую на метчик.

Можно предложить и схемы резания, минимизирующие осевые
силы (рис. 2.66, о, б, г, д, е, з). Более рациональные из них — схемы
г и з, так как они развивают осевую силу резания Рр по подаче
метчика, значение которой можно подобрать приблизительно рав-
ным значению внешней осевой силы Рв, изменяя угол ср. В резуль-
тате суммарная осевая сила Р? + Рв « 0, а разбивание нарезаемой
резьбы — минимальное.

Разнонаправлены силы Рр и Рв в случае использования метчика
схемы резания б. Однако изменять величину силы Рр здесь нельзя, а
уравновесить ее внешней осевой силой невозможно, так как сила Рр
сильно изменяется по мере захода в нарезаемое отверстие заборной
части метчика. Метчик будет сильно подрезать левую л или правую
п стороны резьбы (рис. 2.66).

Метчики схем резания в и ж очень сильно подрезают опорные
стороны п резьбы (в большей степени метчики схемы в\ так как Рр
и направлены в одну сторону.

Схемы резания а, д и е исключают только осевую силу резания Рр.
Под действием внешней осевой силы Рв метчики, работающие по этим
схемам, подрезают правую сторону л, а от левой л постепенно отходят.
При этом у резьбы, формируемой метчиками схемы а, на левой сто-
роне профиля остаются ступеньки, как и при нарезании стандартными
метчиками (см. рис. 1.60, г). По профильным схемам д и е впадина
резьбы по обеим сторонам, пил, формируется единовременно боковы-
ми режущими кромками полной длины последних режущих зубьев.
Отставание метчика по шагу из-за подрезания правых сторон п резьбы
Рис 2.66 Схемы резания метчиками, позволяющие управлять разбиванием
резьбы под действием осевых сил: /, 2,3... — слои металла, последовательно
удаляемые зубьями метчика; Р — осевая сила резания;

Р* — внешняя осевая сила (сила перемещения шпинделя станка)
каждым последующим режущим зубом метчика значительно меньше,
чем толщина среза а левой боковой режущей кромкой л (рис. 2.66, Э).
Поэтому весь режущий контур заборной части метчика всегда находит-
ся в плотном контакте с образуемой резьбой детали. Под действием
осевой силы Рв расширяются от подрезания сторон п только полностью
сформированные впадины нарезаемой резьбы. Подрезают калибрую-
щие зубья метчика, последовательно входящие в нарезаемое отвер-
стие. Однако подрезание и разбивание резьбы в этом случае значи-
тельно меньше, чем метчиками генераторных схем резания, например,
схемы а, под действием осевых сил такой же величины. Аналогично
влияние схемы резания ?, возможно и ж, при правильно выбранной
толщине среза боковыми режущими кромками метчика. Недостатком
профильной д и комбинированных ж и з схем резания, как выявлено
некоторыми исследованиями, является повышенная шероховатость
боковых сторон резьбы, нарезаемой в вязких металлах, в том числе и
в стали. В меньшей мере это относится к схеме е, так как каждый зуб
заборной части метчика режет только одной стороной.
Можно было предложить значительно больше комбинированных
схем резания (комбинаций из схем а, б, в. г, д рис. 2.66), но в качестве
примера достаточно рассмотренных.

Все схемы резания, показанные на рис. 2.66, хотя и менее техно-
логичны, чем общепринятая (см. рис. 1.60, а), но реализуемы.

Затылование по наружной поверхности заборной части метчиков
схем резания а. г и з можно выполнить на резьбошлифовальном
станке специально спрофилированным шлифовальным кругом. Режу-
щий контур такого круга должен быть обратным режущему контуру
главных режущих кромок метчика.

Профильные д, е и комбинированные ж, з, а также генераторные
бив схемы резания можно обеспечить путем утонения зубьев забор-
ной части метчиков дополнительным подшлифовыванием их правых
сторон (схема б), левых сторон (схема в) или обеих сторон (схемы
д—з). Для этого на заборной части готового метчика шлифуют резьбу
увеличенного шага для утонения его зубьев с правых сторон п или
уменьшенного шага для утонения зубьев с левых сторон л.

Метчики схемы резания е выполнены на базе метчиков схемы д
дополнительным сошлифовыванием боковых сторон зубьев заборной
части с правой и левой сторон в шахматном порядке от зуба к зубу
в обход по винтовой линии. Один зуб подшлифован справа, а следую-
щий — слева, и т.д. В результате зубья метчика режут нс двумя, а
одной боковой режущей кромкой. Нет встречных потоков стружки.
Возможно уменьшение шероховатости боковых сторон резьбы, если
ее сравнить с нарезанной метчиками схемы д.

Таким образом, анализ схем резания, изображенных на рис.2.66,
выявил, что наименьшее разбивание резьбы, нарезанной методом
самозатягивания на станках типа сверлильных, обеспечивают метчи-
ки, работающие по схеме резания з. Теоретически они допускают
возможность исключить осевую силу, как фактор разбивания резьбы.
Несколько хуже схема резания ?, но она более технологична по срав-
нению со схемой з. Кроме того, стойкость метчиков схемы резания
г выше, крутящий момент меньше и шероховатость боковых сторон
резьбы, нарезанной в стали, тоже меньше.
Структурная схема метчика стандартной конструкции известна.
Однако изучение причин разбивания резьбы позволяет дополнить
стандартную структурную схему метчика опорными элементами,
которые ограничат радиальные колебания метчика и замкнут осевую
силу на себя. В результате разгрузятся опорные режущие кромки
метчика, устранится разбивание резьбы под действием осевых сил.
Таким образом, реализуется второе направление повышения точности
резьбы — нейтрализация действия осевых и радиальных сил.

Предлагаются опорные бочкообразные элементы на боковых сто-
ронах резьбы калибрующей части метчика, образованные затылова-
нием профиля резьбы по схеме рис. 1.58, з. Эти элементы воспринима-
ют осевые силы, и метчик не в состоянии резать боковыми кромками
калибрующей части. Однако в начале резьбы на длине обычной за-
борной части метчика резьба разбивается. Поиски путей исключения
такого разбивания привели к появлению метчиков с различной формой
и разным расположением опорных бочкообразных элементов:

♦ метчик с ведущими перьями — метчик с четным числом перьев,
у которого перья через одно выполнены с бочкообразными элемен-
тами на всей длине резьбы рабочей части (А.с.288519 СССР.
Метчик для нарезания точных резьб / М.Х.Гольфельд, В.В.Матве-
ев, В.Н.Выбойщик, И.Я.Мирнов, А.Е.Дыхнов. — Опубл, в сб.:
Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки-
1970, 36.— С. 185);

♦ метчик с режуще-ведущими зубьями, у которых опорные элемен-
ты особой формы на всей длине резьбы рабочей части, но распо-
ложены так, что боковые кромки метчика могут резать (А.с.580954
СССР. Метчик для нарезания точных резьб / В.В.Матвеев,
В.Н.Коноплев, Ю.Н.Кашутин. — Опубл, в Б.И., 1977, 43),

♦ метчик режуще-выглаживающий, средний диаметр резьбы по опор-
ным элементам калибрующей части такой же, как и на заборной;
режуще-деформирующий, у которого средний диаметр по опорным
элементам калибрующей части на 0,01—0,03 мм выше среднего
диаметра резьбы режущих зубьев на заборной части;

♦ режуще-деформирующий с первых ниток резьбы и др.
Указанные метчики, по данным исследований Челябинского техни-
ческого университета, в России, обеспечивают резьбы четвертой
степени точности»

Нейтрализацию действия осевых сил можно обеспечить нарезанием
резьбы по копиру, выполнив на метчике заднюю резьбовую направля-
ющую часть (см. рис. 2.53, з), которая совместно с копирной гайкой
приспособления воспримет осевые силы на себя и обеспечит метчику
осевую подачу, строго соответствующую ша!у нарезаемой резьбы,
исключив тем самым ее разбивание под действием осевых сил.

Для нейтрализации, хотя бы частичной, влияния радиальных сил,
приводящих к разбиванию резьбы из-за радиальных колебаний метчи-
ка, можно предложить гладкую переднюю направляющую часть
(см. рис. 2.53, д) с направлением по нарезаемому отверстию или
вгулке приспособления. Радиальные колебания метчика останутся в
пределах зазора между направляющими поверхностями. Практически
беззазорное направление можно обеспечить по поверхностям резания
ыавными режущими кромками метчика, выполнив на затылочных
поверхностях зубьев заборной части горбообразные опорные элемен-
!ы (рис. 2.67). Они почти полностью устраняют радиальные колеба-
ния метчика и, с точки зрения точности резьбообработки, являются
предпочтительными. Опорные элементы образуют затылованием с
использованием специального кулачка (рис. 2.67, а) или плоской за-
ючкой заборной части (рис.2. 67, б).

Рис 2.67. Горбообразные элементы / на затылочных поверхностях заборной
части метчика: а — образованы затылованием от специального кулачка;

б — образованы плоской заточкой
На основе анализа, изложенного выше, выбираем метчик с задней
резьбовой направляющей и опорными горбообразными элементами на
заборной части, реализующей стандартную генераторную схему реза-
ния (см. рис. 1.60, а). Принятые структурная схема и схема резания
представляются целесообразными, так как они обеспечат наиболее
высокую точность резьбообработки и приемлемую технологичность
конструкции метчика.

2.9.1.З. Выбор геометрических параметров метчика

Поскольку точность резьбообработки обеспечивается структурной
схемой метчика, то геометрические параметры можно оптимизиро-
вать по приведенным затратам на операции его использования. Эти
затраты меньше, если экономичность и производительность метчика
выше, т.е. когда он проще в изготовлении, срок его службы больше
(выше стойкость) и меньше время врезания.

Научные исследования и производственная практика выработали
конкретные рекомендации по выбору геометрических и других пара-
метров, которые нашли отражение в стандартах, справочной и учеб-
ной литературе. Воспользуемся этими рекомендациями [237]:
♦ передний угол у-10°;

♦ задний главный угол а=6°;

♦ задний вспомогательный угол а1=0°20';

♦ главный угол в плане ф=20° (выбран максимально возможным, с
целью сокращения длины заборной части и повышения производи-
тельности за счет сокращения времени врезания и вывертывания
метчика);

♦ вспомогательный угол в плане (р1 обеспечивается обратной конус-
ное 1ыо 0,1 мм на 100 мм длины;

♦ стружечные канавки прямые, как наиболее технологичные.

Форма рабочих поверхностей оказывает влияние на приведенные
затрагы через стойкость и технологичность метчика. Поскольку в
литературе нет сведений о влиянии формы этих поверхностей на
стойкость инструментов, то выбираем их по технологичности: перед-
няя поверхность — плоскость, а главная задняя — коническая заты-
лованная по схеме рис. 2.67, а.
Проверим достаточность рекомендуемых значений задних углов и
угла в плане.

Главный угол в плане ср влияет не только на производительность,
но и на шероховатость обработанной поверхности, крутящий момент
и стойкость метчика. Чем меньше ф, тем меньше толщина среза а.
В результате меньше шероховатость обработанной поверхности,
выше стойкость метчика, но больше крутящий момент. По ГОСТ
3266—81 для метчиков М16х2 длина заборной части метчика I дол-
жна быть равна 12 мм (рис.2.68, а). Тогда

Рис 2 68, Схемы для расчета параметров режущей части метчика

Окончательно ф»агс1ё(Рз1пе//1).

Рассчитанный по этой формуле угол ср равен 8°.

Толщину среза метчиком определим по схеме рис.2.68, б:

а=с51п<р; с-Р/п\ а=(Р/и)51Пф,

где Р — шаг резьбы; п — число перьев метчика.

Для стандартных метчиков М16 число перьев п = 3 [94]. Толщина
среза при этом составит 0,093 мм.

Экспериментальные исследования, выполненные автором (Шагун В,И,
Влияние параметров метчика на шероховатость поверхностей резьбы,
нарезаемой машинными метчиками//Сб.: Исследования в области тех-
нологии образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и
методов контроля резьб. — Тула: ТПИ, 1980. — С. 125), выявили, что
четырехперые метчики с ф&15° обеспечивают Ла=2 мкм при нареза-
нии резьбы шагом 2 мм по копиру, т.е. в условиях, близких к принятым
нами. Этому значению ф соответствует толщина среза а=0,14 мм.
Если угол ф увеличить до 20°, то толщина среза составит 0,17 мм. Есть
основания полагать, что при такой толщине среза заданная шерохова-
тость /?а=3,2 мкм будет обеспечена. Таким образом, подтверждаем,
что угол в плане ф=20° выбран правильно, так как заданная шерохова-
тость боковых поверхностей нарезанной резьбы обеспечивается с вы-
сокой производительностью резьбообработки.

Оптимальный по стойкости задний угол а у быстрорежущих резцов,
работающих с толщинами среза 0,17 мм (см. табл. 2.2 данной работы),
равен 12°. Это справедливо и для остальных инструментов. Поэтому
для проектируемого метчика назначаем а=12°. Малое значение а=6с
рекомендовано справочной литературой лишь потому, что в случае
больших а при вывертывании метчика под его затылочные поверхно-
сти возможно попадание стружки и ее защемление; режущие зубья
метчика скалываются. В нашем случае попадание стружки под заты-
лочные поверхности метчика предотвращается его опорными элемен-
тами 7, плотно прилегающими к поверхностям резания (см. рис. 2.67).

Оптимальность выбранных значений остальных геометрических
параметров можно уточнить лишь экспериментом в конкретных усло-
виях резьбообработки. Поэтому их оставляем ранее принятыми по
рекомендациям справочной литературы.

2.9.1 <4. Выбор способов формирования и отвода стружки из
зоны резания, расчет зубьев и тела рабочей части инструмента
на прочность и жесткость, оптимизацию шага, размеров, фор-
мы зубьев и стружечных канавок не производим.

Стружка, как и у всех многолезвийных инструментов, свободно
сходит по передней поверхности, формируется стружечной канавкой и
в ней размещается.

Шаг зубьев, в данном случае перьев, определяется их числом
Рекомендуются три пера [6]. Выбираем четыре, так как это стабили-
зирует положение метчика в нарезаемом отверстии и облегчает точ-
ные измерения параметров резьбы метчика.
По данным исследований В.В.Матвеева [132], прочность метчика
М16 достаточная, тем более, что в связи с увеличением главного угла
в плане до 20° уменьшается число режущих зубьев, хотя число режу-
щих перьев увеличивается с трех до четырех. Достаточная прочность
метчика многократно подтверждена производственной практикой.

Отработанные инструментальной промышленностью формы перь-
ев и стружечных канавок в поперечном сечении изображены на
рис. 2.69. Они отвечают всем требованиям, изложенным в п.2.2.6
данного пособия.

Конкретные значения параметров поперечного сечения метчика [1].
♦ диаметр сердцевины б/с=0,54/=8 мм;

♦ ширина пера />=0,28^=4,5 мм;

♦ радиус на донышке канавки г=4 мм,

♦ радиус спинки К определяется остальными параметрами стружеч-
ной канавки;

♦ передний угол сниночной кромки т]—15°.

Параметры Г|, г и К обеспечиваются канавочной фрезой, чертеж и
номер которой указывается в технических требованиях на чертеже
вместо конкретных значений этих параметров.

2.9.1.5* Определение размеров и формы рабочей части

Форма рабочей части общеизвестна. Это в принципе винт с проре-
занными вдоль оси стружечными канавками. Передняя часть сошли-
фована на конус и затылована по наружной поверхности.

Длина рабочей части / (рис. 2.68) по ГОСТ 3266—81 составляет 32 мм.

Длина заборной части определяется углом в плане ф и диамет-
ром переднего торца .

б/=4/.-0,3=12,5-0,3=12,2 мм.

„ , <1-41 16-12,2

Длина заборной части /. ------=--------~5 мм.

2(§<р 2 0,364

При принятой но ГОСТ длине рабочей части длина калибрующей
части

I=1-1 =32-5=27 мм,
что составляет 13 ниток резьбы. По данным исследований автора.
для устойчивого положения метчика в отверстии достаточно
4 калибрующих нитки. Уточненная длина калибрующей части соста-
вит 4 шага плюс запас на переточки, который можно определить лишь
после расчета допускаемых отклонений параметров метчика.

2.9.1.6. Расчет исполнительных размеров резьбы метчика

Наибольшую сложность представляет назначение предельных от-
клонений среднего диаметра резьбы метчика. Для решения этой за-
дачи воспользуемся методикой данного пособия (см.п.2.2.8.2) с при-
влечением работ по точности резьбообработки.

В соответствии с рис. 2.43 полный допуск на средний диаметр
резьбы метчика

Т'й =ТП -Р -(/+/) +Р .
и2К тах р •'(итах пип’

ИЛИ

где Т05 — допуск на средний диаметр нарезаемой резьбы ( соответ-
ствует полю Нсгна рис.2.43); Ртах, Ргой) — соответственно наибольшее
и наименьшее разбивание среднего диаметра нарезаемой резьбы;

—диаметральные компенсации ошибок шага и половины угла
профиля нарезаемой резьбы.

(Ртах~ РШ|П) — не что иное, как рассеивание размеров среднего
диаметра резьбы, нарезаемой одним и тем же метчиком в неизмен-
ных условиях.

Проверим возможность использования метчиков 1-го класса точ-
ности, самых точных по ГОСТ 16925—71. Отклонение шага резьбы
ДР у таких метчиков допускается в пределах ± 10 мкм, а половины
угла профиля Д(р/2)=±Ю минут. Диаметральные компенсации ошибок
шага и половины профиля вычислим по формулам работы [6]:

/р=ДРс1ё(р/2); /Г2РД(р/2),
где Р — угол профиля резьбы (60°); Д(Р/2) — отклонение половины угла
профиля резьбы в радианах, которое можно заменить на 51пД(р/2).

В этом случае ^=1,732-10=17,3 мкм, а ^=2-2000-0,0029=11,6 мкм.

По результатам опубликованных работ автора в условиях нареза-
ния резьбы, близких к рекомендуемым, рассеивание размеров соб-
Р аздел 2. Проектирование режущих инструментов
ственно среднего диаметра нарезаемой резьбы составляет 20 мкм.
Тогда полный допуск на средний диаметр

Т'д2Л,=60-20-17,3-11,6» 11 мкм.

Сочетание наибольших значений принятых в расчете погрешностей
маловероятно. Статистическое сложение погрешностей позволит не-
сколько расширить полный допуск на средний диаметр резьбы метчика:

Т'Дс12„=60-(202+17,32+11,62)°^31 мкм.

По ГОСТ 11188—82 допуск только на изготовление составляет
14 мкм. На износ остается очень мало. Поэтому необходимо ужесто-
чить отклонения параметров резьбы метчика. Назначим их такими
же, как и для резьбовых калибров:

Тс12 = 10 мкм; ЛР-±5 мкм; Д(р/2)=±10'.

Тогда Тд2ЛГ-60-(202+8,662+11,62)05«35 мкм.

Полученное значение полного допуска на средний диаметр резьбы
метчика надо разделить на две части: на изготовление и на износ.

По мере затупления метчика средний диаметр нарезаемой резьбы
значительно уменьшается из-за увеличения упругого восстановления
обработанных поверхностей. По данным работ автора за 7.5 минут
резания он уменьшается на 15 мкм. Ширина площадки износа по
задним поверхностям метчика достигает при этом всего лишь 0,15 мм,
а по уголкам — 0,74 мм. Нетрудно прийти к выводу, что допуск на
средний диаметр резьбы метчика (допуск на изготовление) следует
принять, как и для резьбовых калибров, а именно 10 мкм, а на
износ оставить 25 мкм.

Отклонения среднего диаметра резьбы метчика определяем по
рис.2.43. В случае разбивания среднего диаметра нарезаемой резьбы

= е$О,-Ртах,
ек12„=

Если имеет место усадка среднего диаметра, то

е5С>2 + ут,„’
где езс12ЛГ — верхнее отклонение среднего диаметра резьбы метчика;
еМ0ЛГ— нижнее отклонение среднего диаметра резьбы метчика;
езО2 — верхнее отклонение среднего диаметра нарезаемой резьбы;
Р , У — соответственно максимальное разбивание или минималь-
пая усадка среднего диаметра нарезаемой резьбы.

Анализ уже выполненных исследований (см.работы автора) позво-
ляет на стадии проектирования принять Ртах = 20 мкм, а Р^п = 0.

Тогда ез(12ДГ =+60-20=+40 мкм=+0,040 мм; е1д2Л,=+40-10=+30 мкм=
=+0,030 мм.

Уточнить значения Ртах или Ут.п можно лишь экспериментом. Для
этого в принятых условиях резьбообработки спроектированным мет-
чиком нарезают партию отверстий (не менее 25 шт.) и измеряют
собственно средний диаметр их резьбы. Ряд измеренных значений
статистически обрабатывают. Получают средние значения разбива-
ния или усадки, а также вероятные границы их распределения, необ-
ходимые для вычисления предельных значений разбивания или усадки
среднего диаметра нарезаемой резьбы.

Допуски на наружный и внутренний диаметры метчика принимаем
поГОСТ 11188—82.

Верхнее отклонение наружного диаметра езд^ +0,156 мм.

Нижнее отклонение наружного диаметра €1(1^= +0,108 мм.

Верхнее отклонение внутреннего диаметра е$Н1ЛГ = - 0,040 мм.

Нижнее отклонение внутреннего диаметра е><11ЛГ не ограничивается.

2.9.1.7. Выбор способов отвода теплоты из зоны резания

При скорости резания 6 м/мин температура резания низкая. Она,
безусловно, ниже оптимальной по стойкости. Поэтому нужно было бы
не отводить, а подводить теплоту к зоне резания. Для повышения
стойкости метчика в этих условиях особенно важно уменьшить тре-
ние на его контактных поверхностях качественной смазкой. Это обес-
печивается поливом эмульсией, как указано в задании на проектиро-
вание. Эмульсия хорошо проникает в зону резания и поэтому смазы-
вает трущиеся поверхности лучше, чем вязкие масляные средства, с
трудом проникающие в зону резания из-за переполнения стружечных
канавок метчика стружкой. Подвод СОЖ по каналам в зеле метчика
невозможен из-за малых размеров последнего.
2.9.1.8. Окончательная оптимизация
конструкции рабочей части

Выполненный расчет среднего диаметра резьбы метчика позволя-
ет оптимизировать длину его рабочей части. Ранее (п.2.9.1.5) она
принята ио ГОСТ 3266—81 и составила 32 мм. Из допуска на износ,
равного 25 мкм (см.п.2.9.1.6), на уменьшение среднего диаметра
резьбы метчика от переточек по заборной части можно выделить не
более 10 мкм, 15 мкм оставляем на уменьшение среднего диаметра
01 затупления метчика. При принятой обратной конусности по сред-
нему диаметру резьбы 0,1.100 мм это соответствует стачиванию
метчика по длине на (100/0,1)0,01 = 10 мм или на 5 ниток резьбы.
10 мм — минимально допустимая величина стачивания. Максималь-
ная величина стачивания достигнет 20 мм, если метчик будет изго-
ювлен с наибольшим предельным размером среднего диаметра.
Таким образом, длина калибрующей части Ц составит 18 мм (4 нитки
для направления метчика в работе плюс 5 ниток на переточки).
Общая длина рабочей части /=^+/2=5+18=23 мм, что меньше реко-
мендуемой стандартом. Метчик будет экономичнее.

Экономичность метчика можно дополнительно повысить за счет
1 схнелогичности. Упростим заборную часть метчика. Выполним ее
общепринятой, без опорных элементов на затылочных поверхностях,
1ак как есть основание полагать, что радиальные колебания метчика
будут малыми за счет уменьшения, против рекомендуемого ГОСТ,
радиального биения режущих кромок и «защемления» метчика в резь-
бовой направляющей втулке приспособления. Таким образом, примем
первый вариант конструкции. Если предполагаемые ограничения ра-
диальных колебаний метчика будут недостаточными, то нарезание
первых деталей это выявит. Тогда вернемся к первоначальному вари-
анту конструкции рабочей части с опорными элементами на затылоч-
ных поверхностях метчика.

На этой стадии проектирования анализ принятых решений выявил,
что главный задний угол а=12°— это кинематический угол. Стати-
ческий задний угол будет от него отличаться, так как подача боль-
шая, составляет 2 мм на оборот метчика, а не 0,2 мм, как у резца
Поэтому по принятому оптимальному кинематическому ^=12° вы-
Шагун В. И. Режущий инструмент]
числим значение статического заднего угла а, необходимого для за-]
точки метчика.

[3]. !

На среднем диаметре с!2 = 14,701 мм

1§а=1§12М§20°(2/я-14,701 )=0,2283.

Уточненный статический задний угол а«13°.

2.9.2. Проектирование присоединительной части

Метчик соединяется со шпинделем станка подвижно с использова-
нием патрона лучшей конструкции (см. рис. 2.51, г). Хвостовик метчи-
ка цилиндрической формы с квадратом на конце по ГОСТ 3266—81,
исполнение 2. Длина хвостовика 70 мм, а диаметр — 12,5 мм.

Материал хвостовика — сталь 40Х по ГОСТ 4543—71. Соединяем"1
с рабочей частью сваркой, желательно сваркой трением.

Работоспособность хвостовика многократно проверена производ-
ст венной практикой. Поэтому расчеты хвостовика на прочность, а
квадрата на смятие не выполняем. Использование подвижного патро-
на для соединения метчика со шпинделем станка делает ненужными
расчеты на жесткость и точность позиционирования.

2.9.3. Проектирование направляющей части

Принята задняя резьбовая направляющая часть с направлением по
кондукюрной втулке приспособления. Необходимость этого была
выявлена в процессе проектирования рабочей части. Направляющую
выполняем за одно целое с рабочей частью метчика. К ним привари-
ваем хвостовик.

Длина направляющей равна длине направляющей втулки (24 мм),
плюс длина нарезаемой резьбы (25 мм), плюс длина заборной части
метчика (5 мм), плюс расстояние от торца нарезаемой детали до
торца направляющей втулки (10 мм), плюс запас на перебеги (10 мм).
Итого длина составит 74 мм. Это очень большая длина. Экономич-
ность такого метчика низкая. Необходимо искать другие решения.

Данный пример подтверждает высказанное в работе мнение, что
соединение лучших элементов не всегда обеспечивает оптимальную
связку.
2.9.4' Оптимизация конструкции метчика в целом

Отказавшись от резьбовой направляющей части, примем
метчики с ведущими перьями, воспринимающими осевые силы и с
горбообразными опорными элементами на затылочных поверхностях
для ограничения радиальных колебаний метчика. Внесем связан-
ные с этим изменения в конструкцию метчика.

Вычислим угол в плане ф и длину I заборной части, так как только
два режущих пера (два ведущих) :

ап
8Шф =----->

где п — число режущих перьев.

При принятой толщине среза а = 0,17 мм

0,17-2 А 1
ф = —-— = 0,17 ; ф = 9°50'.

Такое значение угла в плане обеспечивает минимальную разность
в длине режущих кромок на противоположных перьях метчика, в
связи с чем меньше вектор суммы радиальных сил, меньше разбива-
ние резьбы [133].

Длина заборной части метчика (рис.2.68)

I -(4Ач7т)/21§ф=( 16-12,2)/2-0,17= 11 мм.

Длина калибрующей части осталась без изменений, = 18 мм.

Общая длина рабочей части метчика

/=/+/=11+18=29 мм,
что короче рекомендуемой стандартом на 3 мм.

Если кинематический задний угол метчика равен нулю, то его
задняя поверхность (затылочная) плотно прилегает к поверхности
резания, без зазора. На этой поверхности должны находиться самые
высокие точки опорных элементов, ограничивающих радиальные ко-
лебания метчика. Вычислим положение опорных точек.

Пусть задняя главная поверхность пера метчика а/Ис не затылова-
на, а просто часть конической поверхности с углом уклона ф (рис. 2.70).
О()2— ось метчика. Линии ОО2п аа} параллельны между собой Оас
и Ох(1в — два поперечных сечения, перпендикулярные оси О()г
Рис 2 69 Параметры перьев и стружечных канавок метчика [3]:
/ — режущее перо; 2 — ведущее перо

Рис 2 70' Схема для расчета положения опорных элементов на затылочны
поверхностях заборной части метчика
Во время работы метчика каждая его точка перемещается по
винтовой линии с шагом резьбы р. В таком случае точка А, двигаясь
в направлении Ьа, должна перейти на место точки а Но это невоз-
можно, так как точка Ь лежит на уровне точки 4 т.е. выше точки а
на величину е<1.

е<7=ае1§ф; яе=(Р/36Оо)-0°.

Но ес1 — это спад затылка ЛК, на угле поворота 0, при котором
задний кинематический угол метчика равен нулю, а затылочная повер-
хность метчика опирается без зазора на поверхность резания. Таким
образом, в радиальных сечениях самые высокие точки опорных эле-
ментов затылочных поверхностей метчика должны лежать ниже точек
режущей кромки на величину ЛК0 = (Р0/36О)1§ф, например, точка Ь
должна быть ниже точки с1 на величину е<1 ^ДК0 (рис. 2.70).

По формулам, необходимым для проектирования затыловочных
кулачков, вычислим величины затылования метчика, используемые
при его изготовлении и контроле.

Спад затылка на угловом шаге перьев для образования заднего
угла а К=(л4//г)1ца=4л1§а=4лг§13°«2,9 мм.

Затылование по профилю и наружному диаметру резьбы режущих
перьев К]«Ы§а1=41^2О'лО,О2 мм на ширине пера.

Ширину пера Ь приняли меньше, чем ранее, а именно 4 мм вместо
4,5 мм, с целью облегчения затылования метчика.

Ведущие перья по наружному диаметру и профилю резьбы заты-
луем от середины пера со спадом затылка 0,03 мм в сторону пере-
дней поверхности и спинки зуба (см. рис. 2.69).

Понижение образующей гребня горба на затылочной части метчи-
ка относительно режущей кромки, если 0=20°, составит

ДКо=(Р0/36О)1бф=(2‘2О/36О)1ё9°5О^О,О2 мм.

Скорректированный на угол ф=9°50' статический задний угол
а=12°25'. Принимаем 12°.

2.9.5. Разработка технических требований

Технические требования принимаем по ГОСТ 3449—84Е как
экономически выгодные для средних условий производства. Уже-
сточаем только те из них, которые сильно влияют на точность
резьбообработки.

Так, радиальное биение режущих кромок на заборной и калибрую-
щей части метчика принимаем равным 0,015 мм. Для его обеспече-
ния вводим новое требование: неравномерность окружного шага, ко-
торая не должна быть более 0,03 мм.

Ограничиваем циклические ошибки шага резьбы метчика ДРц
(рис.2.71), которые не выявляются общепринятым методом контроля

Рис 2.7 Л Развертка резьбы метчика

шага Р, как расстояния между одноименными боковыми сторонами
резьбы в осевом сечении. Циклическая ошибка шага — это выпаде-
ние режущих кромок метчика из теоретических винтовых поверхнос-
тей на величину ДРц (рис.2.71). Принимаем ДРц = 5 мкм. Тогда пол-
ный допуск на средний диаметр резьбы метчика

Га^=60-(202+1,7322(52+52)+1 1,62)05«34 мкм.

Он уменьшился по сравнению с ранее вычисленным (без цикли-
ческой ошибки шага) всего лишь на 1 мкм. Поэтому никаких измене-
ний в допускаемые отклонения резьбы метчика не вносим.

В связи с повышенной точностью метчика следует уменьшить, по
сравнению с рекомендуемой стандартом, шероховатость некоторых
его поверхностей, в первую очередь боковых поверхностей резьбы, а
1акже передних и задних.

В числе дополнительных требований следует оговорить виды за-
1ылования и его параметры, а также указать, что шероховатость
передних и задних поверхностей достигается доводкой, а не полиро-
ванием, при кагором неизбежны завалы режущих кромок. Из допол-
нительных видов обработки следует записать эпиламирование для
уменьшения трения на контактных поверхностях метчика, что позво-
ляет повысить его стойкость и точность резьбообработки.

Таким образом, с ученом положений ГОСТ 3449—84Е и соображе-
ний, изложенных выше, технические требования на метчик выглядят
следующим образом.

Материал режущей части — Р6М5 по ГОСТ 19265—73. Твер-
дость — 63—66 НКСЭ.

Материал хвостовика — сталь 40Х по ГОСТ 4543—71. Твер-
дость на длине 38 мм от торца — 37—45 НКСЭ.

Предельные отклонения размеров, мм:

♦ среднего диаметра резьбы-----0,010;

♦ наружного диаметра резьбы----0,105;

♦ шага резьбы — ±0,005 на длине 25 мм;

♦ половины угла профиля резьбы — ±10';

♦ общей длины-----5;

♦ длины рабочей части----3,

♦ диаметра хвостовика----0,027;

♦ диаметра хвостовика по дну кольцевой канавки---0,43,

♦ стороны квадрата----0,150;

♦ радиуса кольцевой канавки----1,1;

♦ расстояния от торца квадрата до середины кольцевой канавки —
±0,42;

♦ переднего угла — ±2°,

♦ заднего угла и угла в плане — ±1°.

Неточность расположения поверхностей и кромок, мм:

♦ радиальное биение главных режущих кромок — 0,010;

♦ радиальное биение хвостовика, наружного и среднего диамегра
резьбы — 0,020;

♦ смещение квадрата с оси метчика — 0,075.
Шероховатость поверхностей:

♦ боковых сторон профиля резьбы — 0,322?*;

♦ стружечных канавок, передних и задних главных поверхностей —
0,637?*;

♦ хвостовика — 0,802?*;

♦ центровых гнезд — 0,082?*;

♦ остальных поверхностей — 5,00/?*.

Технологические требования:

♦ стружечные канавки полировать;

♦ центровые гнезда доводить;

♦ рабочую часть эпиламировать;

♦ маркировать’ товарный знак завода-изготовителя, № чертежа,
М16х2, Р6М5.

Рабочий чертеж метчика представлен на рис.2.72.

Из приведенных требований очень жесткими являются: допускае-
мое биение главных режущих кромок и связанная с ним неравномер-
ность окружного шага; предельные отклонения среднего диаметра и
шага резьбы. Поэтому целесообразно выполнение небольших экспе-
риментов в условиях эксплуатации метчика для уточнения этих тре-
бований. Может, окажется возможным их ослабить.
4

7
♦

Неравномерность окружного шага перьев
Зубья на режущих 7 и ведущих 2 перьях
метрам Параметры затылования указаны
Главные задние поверхности ведущих 2 1

Технические требования

Мачериаз рабочей части — стальР6М5 по
ГОСТ 19265—73 Калить НКС, 63—66
Эпиламировать

Материал хвостовика — стазь 40Х по ГОСТ
4543—71 Приварить Качить 37—45 НРС
на длине 38 мм от торца

Отклонение шага — между любыми вшками
резьбы на длине 25 мм Такое же выпадение
боковых режущих кромок из теоретической
винтовой поверхности
нс более 0,03 мм
затылованы по среднему и наружному диа-
на чертеже
л режущих 7 перьев одинаково затылованы.

только режущие кромки ведущих перьев ниже, чем у режущих, на 0,09 мм
Маркировать товарный знак фирмы, номер чертежа, М16Х2, Р6М5
Задний угол на участке, прилежащем к режущей кромке

Неуказанные отклонения по 1Т 14

Остальные требования по ГОСТ 3449—84Е

Рис, 2,72 Рабочий чертеж метчика
;„<а Же Из ? •

ПРОИЗВОДСТВО РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА

3.1.Г Основные представления, понятия и определения

Спроектировать оптимальный по приведенным затратам режу-
щий инструмент — это еще не значит, что такой инструмент будем
иметь. Его необходимо качественно изготовить. Только в таком
случае инструмент может проявить свою оптимальность в условиях
эксплуатации.

Слово “может” здесь тоже не случайно. Неправильная эксплуата-
ция сведет на нет все положительное, что заложено в инструменте
при его проектировании и изготовлении, и он может оказаться вообще
неработоспособным.

Для этого прежде всего необходимо разработать качественный
технологический процесс и выдержать его параметры при изготовле-
нии инструмента.

Технологическим процессом по ГОСТ 3.1109-82 называют
часть производственного процесса, содержащую целенаправленные
действия по изменению и (или) определению состояния предмета
труда Это, по сути, часть производственного процесса, включающая
в себя последовательное изменение размеров, формы, внешнего вида
или внутренних свойств предмета и их контроль.

Производственный процесс — более широкое понятие. Он
представляет собой совокупность всех действий людей и орудий про-
изводства, необходимых на данном предприятии для изготовления или
ремонта выпускаемых изделий. Помимо операций технологического
процесса, он включает в себя операции, не связанные с изменением
состояния предмета производства и его контроля, — такие, как пере-
мещение предметов производства на всех стадиях изготовления, их
хранение и др

Технологическая операция — законченная часть техноло-
гического процесса, выполняемая на одном рабочем месте
(ГОСТ 3.1109-82). Применительно к условиям инструментального
производства — это часть технологического процесса, выполняемая
на одном рабочем месте над одной или несколькими заготовками
одним или несколькими рабочими одновременно до перехода к об-
работке другой или других заготовок. Операция может выполняться
за одну или несколько установок заготовки (заготовок) для перехода
к обработке других поверхностей. Мы, таким образом, можем пере-
устанавливать заготовку (заготовки), но если снимем обработанные
заготовки и перейдем к обработке новых, то это уже будет новая
операция.

Установ представляет собой часть технологической операции,
выполняемую при неизменном закреплении обрабатываемых загото-
вок или собираемой сборочной единицы.

Сборочная единица (узел) — часть изделия, которая собирается
отдельно и в дальнейшем участвует в процессе сборки как одно целое.

Технологический переход — законченная часть технологичес-
кой операции, характеризуемая постоянством применяемого инстру-
мента и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при
сборке. При работе на металлорежущих станках переход представля-
ет собой обработку одной поверхности одним инструментом, напри-
мер, сверление отверстия, зенкерование отверстия, продольное точе-
ние цилиндра за один, два и т д. рабочих хода

Элементарный переход — часть технологического перехода,
выполняемая одним инструментом, над одним участком поверхности
обрабатываемой заготовки за один рабочий ход без изменения ре-
жима работы станка.

Вспомогательный переход — законченная часть технологичес-
кой операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования,
которые не сопровождаются изменением состояния предмета труда,
но необходимы для выполнения технологического перехода, например,
установка заготовки, смена инструмента и т.д.

Рабочий ход (проход) — законченная часть технологического пере-
хода, состоящая из однократного перемещения инструмента относи-
тельно заготовки, сопровождаемого изменением состояния предмета
труда (размеров, формы, качества поверхности и других свойств).
Вспомогательный ход — законченная часть технологического
перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента от-
носительно заготовки, не сопровождаемого изменением состояния
предмета труда, но необходимого для подготовки рабочего хода.

Прием — законченная совокупность действий человека, применя-
емых при выполнении перехода или его части и объединенных одним
целевым назначением.

Полуфабрикат — промышленное изделие, обычно массового
производства, предназначенное для дальнейшей переработки, напри-
мер, прутки, листы, ленты, полосы и т.д.

Эти определения, общие для технологии машиностроения и техно-
логии инструментального производства, необходимы для понимания
дальнейшего изложения

При разработке технологического процесса, как и при решении
других задач в сфере производства, необходимо найти оптимальный
вариант перехода от полуфабриката к готовому изделию, отвечающе-
му всем требованиям его служебного назначения. Этот вариант дол-
жен обеспечить минимум затрат живого и овеществленного труда на
изготовление изделия, в данном случае инструмента, т.е. обеспечить
наиболее низкую себестоимость изготовления инструмента. Задача
эта достаточно сложная, требующая большого профессионализма
инженера-технолога, и ее решение удобно вести в определенной по-
следовательности. Для этого необходимо иметь следующие данные и
материалы:

а) техническое задание на проектирование техпроцесса, а именно:

♦ рабочий чертеж инструмента;

♦ технические условия, дополнительно характеризующие качество
инструмента;

♦ количество инструмента, подлежащего изготовлению в единицу
времени по неизменным чертежам, т.е. программу выпуска;

♦ условия, в которых должен осуществляться технологический
процесс: вновь проектируемый или действующий завод или цех;
состав оборудования, его наличие и перспектива обновления
путем модернизации или получением нового; наличие производ-
ственных площадей и перспективы их расширения; наличие и
перспектива дополнительного получения рабочих кадров, их
квалификация и возможности ее повышения,

б) стандарты на полуфабрикаты;

в) технологические характеристики оборудования и рабочего инстру-
мента;

г) различного рода справочную литературу, руководящие материалы,
технологические инструкции, нормативы и ъд

Как видно, исходные данные, необходимые для разработки техно-
логии изготовления режущего инструмента, такие же, как и для раз-
работки технологии изготовления любой детали машины, так как
режущий инструмент — это, по сути, тоже деталь. Поэтому техноло-
гия производства режущего инструмента базируется на общих прин-
ципах технологии машиностроения. Однако наряду с этим в производ-
стве инструмента имеются особенности, связанные с применением
дорогостоящих инструментальных материалов и сплавов (режущих
материалов), с обработкой заготовок большой твердости и прочности,
с высокими требованиями к точности размеров и формы инструмен-
тов, к качеству их поверхностей, к физико-механическим свойствам
инструмента. Эти специфические требования, предъявляемые к инст-
рументу, предопределяют ряд операций, присущих изготовлению толь-
ко режущих инструментов: сварка, наплавка, напайка, гидродинами-
ческое выдавливание и некоторые другие способы получения загото-
вок, термическая обработка, а также некоторые отделочные и формо-
образующие операции механической обработки.

В связи с изложенным, избегая повторения известных основ тех-
нологии машиностроения, целесообразно рассмотреть лишь упомяну-
тые особенности, а для целостности представлений — проследить
последовательность (алгоритм) разработки технологии изготовления
инструмента и представить его структуру, или обобщенный вариант.

3.1.2. Последовательность разработки

(алгоритм проектирования) технологического процесса

3.1.2.1. Изучение технического задания и выбор вида и организа-
ционной формы производственного процесса.
3.1.2.2. Выбор финишных методов обработки, окончательно фор-
мирующих качество инструмента по каждой из поверхностей.

3.1.2.3. Выбор заготовки, наиболее полно удовлетворяющей эконо-
мичному изготовлению инструмента в заданных или выбранных усло-
виях производства.

3.1.2.4. Сравнение формы, размеров и качества заготовки с гото-
вым инструментом и определение характера промежуточных видов
обработки: точение, фрезерование, сверление и т.д.

3.1.2.5. Разработка технологического маршрута, т.е. последова-
тельности всех видов обработки по переходам.

3.1.2.6. Выбор технологических баз. Требования к ним такие же,
как и в общем машиностроении: стремление к единству конструктор-
ских, технологических и измерительных баз, а также к их постоянству,
т.е. к неизменности при выполнении различных технологических опе-
раций.

Выбор первичных черновых баз, позволяющих правильно ориенти-
ровать заготовку для обработки с требуемой точностью основных
технологических баз.

3.1.2.7. Выбор технологического оборудования и оснастки.

3.1.2.8 Разработка маршрутной технологии.

3 129 Разработка операционной технологии для условий серийно-
го и массового производства:

а) расчет операционных припусков и допусков;

б) определение размеров и формы заготовки;

в) нормирование технологических операций.

3.1.2 10. Сравнение экономической эффективности нескольких ва-
риантов техпроцесса и выбор оптимального.

3.1.2.11. Окончательная доработка выбранного варианта техноло-
гии. Разработка подробных операционных карт механической, терми-
ческой, химико-термической обработки, сварки, напайки и т.д., а так-
же карт технического контроля.

3.1.3. Обобщенный технологический процесс

В большинстве случаев не удается найти метода обработки, по-
зволяющего непосредственно перейти от заготовки к готовому инет-
Р аздел 3 Производство режущих инструментов
рументу. Приходится вести обработку различными методами с боль-
шим числом переходов. Поэтому типовой обобщенный технологичес-
кий процесс изготовления режущего инструмента можно представить
в следующем виде.

3.1.3.1. Обработка черновой заготовки, включая операции отрезки,
ковки, литья, штамповки, сварки.

3.1.3.2. Отжиг заготовки после горячей обработки.

3.1.3.3. Очистка заготовки от окалины.

3.1.3.4. Обработка технологических баз.

3.1.3.5. Обработка контура поверхностей инструмента, посадочных
мест и элементов крепления.

3.1.3.6. Обработка стружечных канавок. Для инструмента с прива-
ренными, припаянными или приклеенными режущими пластинами, а
также сборного инструмента — обработка мест под пластины или
ножи.

3.1.3.7. Обработка затылка зуба. В некоторых случаях се совме-
щают с обработкой стружечных канавок.

3.1.3.8. Обработка вспомогательных мест и каналов для подвода
СОЖ.

3.1.3.9. Термическая обработка закалка, отпуск, иногда местный
высокий отпуск. У составного паянного инструмента, кроме того, —
напайка пластин и зачистка припоя.

3.1.3.10, Очистка инструмента от загрязнений при термической
обработке.

3.1.3.11. Исправление и обработка технологических баз, а также
посадочных мест под ножи сборного инструмента.

3.1.3.12. Сборка корпусов с ножами сборного инструмента.

3.1.3.13. Заточка инструмента по передней поверхности. У сбор-
ных инструментов передняя поверхность ножей обычно затачивается
(шлифуется) до сборки.

3.1.3.14. Шлифование профиля, а у хвостового инструмента еще и
шлифование хвостовика.

3.1.3.15. Заточка по задней поверхности, в том числе затылование
шлифованием задней поверхности. У фасонных инструментов затыло-
вание совмещается со шлифованием профиля.
3.1.3.16. Обработка стружкоразделительных и стружкозавивающих
канавок.

3.1.3.17. Доводка передней и задней поверхностей.

3.1.3.18. Повышение работоспособности (упрочнение) инструмента
механическими, термомеханическими, химико-термическими, физи-
ческими и другими методами или нанесением износостойких покры-
тий.

3.1.3.19. Маркировка химическая, электрохимическая, электрогра-
фическая или лазерная. Механическую маркировку выполняют до
закалки после обработки инструмента по контуру.

3.1.3.20. Окончательный контроль качества инструмента.

3.1.3.21. Консервация и упаковка инструментов.

Технологический процесс изготовления конкретного режущего ин-
струмента, в зависимости от вида и формы, включает все операции и
блоки операций обобщенного технологического процесса или только
часть из них. Каждая операция может быть скомпонована из обяза-
тельных переходов по-разному. Конкретная архитектура операции за-
висит от конструкции инструмента, принятого метода обработки и
технологического оборудования.

Контрольные вопросы

1. Чю такое производственный и технологический процессы?

2. Понятия элементов технологического процесса: технологическая
операция, технологический переход, проход, установ, прием.

3 Сведения и материалы, необходимые для разработки технологи-
ческого процесса.

4. Алгоритм проектирования технологического процесса.

5. Типовой технологический процесс обобщенного инструмента (име-
ющего все формы, свойственные любому инструменту).

3.2. ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Рассмотрим подробнее этапы разработки технологического про-
цесса изготовления инструментов в соответствии с алгоритмом про-
ектирования (п.3.1.2.). При этом ознакомимся лишь с отличающимися
Раздел 3. Производство режущих инструментов
от общего машиностроения операциями, свойственными только инст-
рументальному производству.

3.2.1. Изучение технического задания и выбор вида
и организационной формы производственного процесса

Этот этап ничего нового с позиций технолога-машиностроителя не
представляет. Подробно изучаются вопросы, изложенные в п. 3 1.1.

Вид и организационные формы производства определяются таким
же образом, как и в общем машиностроении. Только здесь больше
возможностей и проще организация групповых поточных линий, так
как они рассчитываются на определенный тип инструментов, отлича-
ющихся друг от друга только размерами, например, резцы, сверла.
Маршрутная технология и число операций для них одинаковы. В
общем машиностроении бывает достаточно трудно подобрать такие
группы деталей, в связи с чем организация групповых потоков более
сложная.

3.2.2. Выбор финишных методов механической обработки

Эти методы обработки, так же, как и в технологии общего маши-
ностроения, должны обеспечить заданное качество обработанной де-
тали по каждой из поверхностей. Отличительная особенность состоит
в том, что финишные операции во многом другие заточка, доводка,
шлифование боковых поверхностей зубьев долбяков, затылование
шлифованием и др. Эти операции будут рассмотрены при дальнейшем
изложении.

3.2.3. Выбор заготовки

Общие положения

Этот этап рассмотрим более подробно, так как виды заготовок и
методы их получения во многом отличаются от принятых в общем
машиностроении.

Как всегда, заготовку стремятся выбрать такой формы и разме-
ров, которые обеспечат минимальную себестоимость изготовленного
инструмента. В условиях серийного и массового производства — это
заготовка, позволяющая свести к минимуму количество операций
механической обработки и уменьшить расход дорогостоящих режу-
щих материалов. Поэтому предпочтение отдается сварным, паянным,
клееным заготовкам, а также таким прогрессивным методам получе-
ния заготовок, как калибрование, штампование, литье в оболочковые
формы, гидродинамическое выдавливание и др. Каждый из этих ме-
тодов выбирается не произвольно, а из условий экономической целе-
сообразности для конкретного вида инструмента в конкретных усло-
виях его изготовления.

Полуфабрикаты

Исходным материалом для заготовок является выпускаемый по
стандартам прокат в виде прутков круглого, квадратного, прямоу-
гольного сечений, полос, листов, лент и прокат специальных видов
для ножей, плашек и других инструментов. Могут использоваться
кованые прутки и полосы, а также поковки. Все это называют полу-
фабрикатом.

В зависимости от метода прокатки сталь может быть горячеката-
ной, холоднокатаной или холоднотянутой, холоднотянутой шлифован-
ной. Габаритные размеры, в том числе размеры сечений и другие
характеристики стали, оговорены соответствующими стандартами.
Тем не менее после получения стали заказчиком перед запуском в
производство проверяют не только ее размеры, но и качественные
характеристики.

У инструментальной углеродной стали проверяют:

а) прокаливаемость;

б) цементитную сетку по пятибалльной шкале;

в) микроструктуру для оценки обрабатываемости (желательно зерни-
стый перлит),

г) глубину обезуглероженного слоя.

У инструментальной быстрорежущей стали проверяют:

а) химсостав;

б) карбидную неоднородность по десятибалльной шкале;

в) глубцну обезуглероженного слоя;

г) трещинообразование путем многократной закалки без последую-
щего отпуска.
Способы получения и выбор заготовок

Во многих случаях заготовки получают путем отрезки из проката
(полуфабриката).

Горячекатаная сталь используется как заготовка, когда ее сече-
ние соответствует профилю инструмента без больших припусков.

Холоднотянутая сталь приемлема в случаях, когда се сечение
близко к готовому инструменту, и что важно, прутки такой стали
пригодны для зажима в цанговых патронах токарных автоматов (по-
вышенная точность поперечного сечения прутка).

Сталь-серебрянка холоднотянутая шлифованная с точностью
8—Ю-го квалитета. Выгодна для мелкого инструмента без предвари-
тельной обработки по наружному диаметру.

Кованая стальу в том числе поковка, применяется в случаях
отсутствия подходящего проката или при высоких требованиях к бы-
строрежущей стали в отношении карбидной неоднородности.

В условиях серийного и массового производства для приближения
к формам инструмента заготовки получают методом пластической
деформации: объемная штамповка, гидроэкструзия (горячее гидроди-
намическое выдавливание), волочение, редуцирование, ротационное
обжатие, поперечная, продольная и винтовая прокатка. Кроме того, с
целью экономии быстрорежущей стали инструменты делают состав-
ными, используя для этого сварку, наварку, напайку, склеивание, на-
плавку, точное литье. Каждый из методов получения заготовок имеет
свои особенности и область рационального применения.

Рассмотрим коротко методы получения заготовок.

Отрезка заготовки. Выполняют на механических и гидравличес-
ких прессах, гильотинных ножницах, вертикально-отрезных автома-
тах, абразивно-отрезных станках, ленточных пилах, токарных автома-
тах и полуавтоматах, токарных, фрезерно-отрезных, фрезерных и но-
жовочных станках.

Производительность отрезки убывает от первого упомянутого станка
к последнему. Точность отрезки самая высокая на фрезерных станках
(13-й квалитет), ниже на токарных (15-й квалитет) и самая низкая на
прессах и станках с ленточными пилами и ножовочными полотнами
(16-й квалитет). Наибольшая экономия быстрорежущей стали — из-за
малой ширины пропила — достигается при отрезке на ленточных пилах,
ножовочных и абразивно-отрезных станках.

Исходя из точности, производительности и экономии материала
производят выбор метода отрезки заготовки в конкретном производ-
стве. Этот выбор должен быть сделан таким образом, чтобы себе-
стоимость изготавливаемого инструмента была минимальной. Огра-
ничением может быть лишь отсутствие надлежащего оборудования
на действующем предприятии, а его ^приобретение может оказаться
экономически невыгодным. Поэтому сложилась практика использова-
ния рубки на прессах в условиях крупносерийного и массового произ-
водства, а отрезки на ленточных пилах, ножовочных и абразивно-
отрезных станках — в условиях мелкосерийного производства.

Свободная ковка. Свободную ковку заготовок из быстрорежу-
щей стали применяют не только для уменьшения припуска под после-
дующую обработку, но главным образом для уменьшения карбидной
неоднородности, так как равномерное распределение карбидов можно
обеспечить только механическим перемешиванием металла заготов-
ки. Поэтому свободную ковку как метод получения заготовок исполь-
зуют нс только в единичном и мелкосерийном производстве, но и в
крупносерийном и массовом.

Сгласно требованиям к карбидной неоднородности, Московский
автозавод им. Лихачева (ЗИЛ) подразделил режущие инструменты на
три группы.

1-я группа — зуборезные, резьбонарезные и протяжки диаметром
до 30 мм. Балл карбидной неоднородности не более 3.

2-я группа — все инструменты, кроме 1-й группы и резцов. Балл
карбидной неоднородности 3—5.

3-я группа — резцы — 6-й балл карбидной неоднородности.

Ковка ведется с попеременной осадкой и вытяжкой. После много-
кратной перековки может быть получен 1-й балл карбидной неодно-
родности. Чем больше поперечное сечение прутка, тем больше балл
исходной карбидной неоднородности, тем длительнее перековка для
получения нужного качества структуры металла. Например, для осо-
бо ответственных инструментов (шеверы, резьбовые фрезы, круго-
вне протяжки, работающие в тяжелых условиях) ГАЗ рекомендует
9-кратную осадку с вытяжкой.

Временно-температурный режим ковки быстрорежущей стали зна-
чительно отличается от режима ковки конструкционных сталей. Тепло-
проводность быстрорежущей стали низкая. Поэтому нагрев надо вести
медленно, с промежуточными выдержками для прогрева, чтобы не
допустить появления трещин. Но окончательный нагрев от температу-
ры 800—900 °С до температуры начала ковки (1175±25 °С) должен
быть ускоренным, так как замедленный нагрев и большая выдержка
при высоких температурах усиливают окисление и обезуглероживание
поверхностных слоев заготовки. Ковку, в зависимости от объема заго-
товки, необходимо заканчивать при температуре 900—1000 °С. Такой
малый интервал рабочих температур ковки — около 200 °С — является
основной особенностью пластического деформирования быстрорежу-
щей стали: высокие темпера1уры нагрева под ковку допустить нельзя,
так как увеличивается окисление и обезуглероживание поверхностных
слоев материала заготовки и усиливается коагуляция карбидов, а более
низкая температура окончания ковки способна вызвать трещины из-за
пониженной пластичности быстрорежущей стали. Конкретные рекомен-
дации температурно-временного режима ковки и других методов горя-
чего пластического деформирования быстрорежущей стали можно най-
ти в специальной литературе.

Штамповка. Используется в условиях серийного и массового
производства для приближения размеров и формы заготовки к разме-
рам и форме готового инструмента.

Холодную штамповку применяют для вырубки заготовок отрез-
ных и прорезных фрез из листа, ножовочных полотен из ленты, плас-
тин из полос и т.д.

Горячей штамповкой получают заготовки резцов (формирование го-
ловки резца) и насадных инструментов, таких, как зуборезные долбяки и
фрезы. Коэффициент использования металла повышается на 25—50 %.
на 2—3 балла снижается карбидная неоднородность быстрорежущей
стали. Уменьшается трудоемкость изготовления инструмента.

Температурно-временной режим горячей штамповки приблизитель-
но такой же, как и свободной ковки, и по тем же причинам.
Оборудование, используемое для штамповки, — кривошипные или
фрикционные прессы.

Нагрев заготовок под штамповку и ковку производят в пламенных
печах или индукторах высокочастотных установок.

Редуцирование. Это один из методов пластического деформиро-
вания для уменьшения поперечного сечения исходной заготовки про-
талкиванием ее через редуцирующий твердосплавный фильер. Ис-
пользуется для образования хвостовиков ручных метчиков из инстру-
ментальной углеродистой стали. Трудоемкость изготовления метчи-
ков сокращается на 12—15 %, а расход стали на 15—18 % [142; 143].
Выполняют его на прессах или холодновысадочных автоматах.

Ротационное обжатие. Этот процесс представляет собой ради-
альную ковку с приложением пульсирующей нагрузки. Достигается
высокая степень деформации без разрушения малопластичных инст-
рументальных сталей. В зависимости от пластичности материала
может быть холодная и горячая ковка. Форма поперечного сечения
полученной заготовки соответствует форме бойков. Способ можно
рекомендовать для образования хвостовиков, канавок на метчиках и
других инструментах. Характеризуется высокой производительнос-
тью, низкой себестоимостью и обеспечивает большую экономию
мет алла.

Секторная прокатка — способ уменьшения поперечного сече-
ния заготовок или его профилирования. Отличается от непрерывной
прокатки тем, что на валках ручьи не на полной окружности, а на ее
части. Обеспечивается это установкой на валки 2 секторов / с про-
филем, обратным профилю будущей заготовки (рис. 3.1). В момент,
когда пространство между секторами свободное, рабочий подает к
упору 4 заготовку 3, которая при вращении валков 2 секторами I
обжимается и выталкивается в сторону рабочего. Таким образом
получают продольные канавки на заготовках сверл. Предварительно
хвостовую часть сверла из стали 40 сваривают с рабочей частью из
быстрорежущей стали, отжигают и обтачивают. Затем нагревают до
1000—1050 °С со скоростью, не допускающей обезуглероживания и
окисления, электроконтактным методом, в соляной ванне или в индук-
торе высокочастотной установки. После прокатки заготовки завивают
Р аздел 3 Производство режущих инструментов
при температуре 740—780 °С, получая винтовые канавки Спроекти-
рованы специальные станы для прокатки канавок сверл производи-
тельностью —250 заготовок в час, а для завивки — производительно-
стью 250—750 шт в час.

Рис. 3 1. Работа на ковочных вальцах

/ — ковочные секторы, 2 — валки, 3 — заготовка, 4 — упор

Поперечная прокатка. После нагрева до температуры
1000—1200 °С на встроенной в стан установке ТВЧ заготовка пода-
ется на плашки и прокатывается между ними, как при накатке резьбы
(см. рис. 1.66, а). Получаем заготовку сверла с винтовыми стружеч-
ными канавками. Производительность имеющихся станов —
до 2000 заготовок в час. Используют для сверл диаметром 6—12 мм.
Метод по производительности намного выше предыдущею, но проч-
ность заготовок ниже, так как разрыхляется сердцевина.

Продольно-винтовая прокатка. Метод разработан и использу-
ется для получения заготовок сверл с винтовыми канавками с одного
нагрева в одну операцию. Подготовленная заготовка прокатывается
между двумя парами синхронно вращающихся роликов. Одна пара
роликов формирует канавку сверла, а вторая — спинку. Ролики уста-
навливаются относительно оси сверла с разворотом на угол наклона
стружечной канавки. В зоне контакта роликов и заготовки возникают
силы трения, тангенциальные составляющие которых создают пару
сил, вращающих заготовку, а осевые перемешают ее вдоль оси. В
результате заготовка перемещается относительно роликов по винто-
вой линии. Прочность сверл выше, чем при поперечной прокатке, а
производительность выше, чем при продольной прокатке с завивкой.

Согласно данным исследований д.т.н. Е.Э.Фельдштейна, стойкость
сверл с прокатанными канавками ниже, чем с фрезерованными, а в
еще большей степени — по сравнению с вышлифованными по целому
закаленному материалу. Поэтому высокопроизводительный метод
получения канавок сверл прокаткой, разработанный для условий круп-
носерийного и массового производства, обречен на вымирание.

Поперечно-винтовая прокатка. Используется для получения
заготовок червячных фрез с витками, образованными методом горя-
чей пластической деформации. В прокатном стане применены валки
с кольцевой или винтовой нарезкой, установленные таким образом,
что их кольцевые или винтовые выступы-витки располагаются вдоль
впадин червячной нарезки будущей заготовки. Такие валки располо-
жены с двух сторон прокатываемой заготовки. Принцип прокатки
червяка такой же, как и продольно-винтовой способ образования ка-
навок сверл. Согласно данным завода “Фрезер”, производительность
обработки червяка в 30—40 раз выше, чем резьбофрезерованием.
Уменьшение балла карбидной неоднородности, получение витков с
неперерезанными волокнами металла способствуют повышению стой-
кости фрез из таких заготовок.

Горячее гидродинамическое выдавливание, или гидроэкст-
рузия — один из относительно новых методов получения заготовок
инструментов пластической деформацией в горячем состоянии. Сущ-
ность метода состоит в том, что нагретая до температуры
1050—1100 °С исходная заготовка цилиндрической формы помещает-
ся в подогретый до температуры 600 °С стальной стакан с фильером
в донышке. Сверху кладут графитовую пробку, и пуансон под действи-
ем ползуна кривошипного пресса, перемещаясь по внутренним стен-
кам стакана вниз, выдавливает через фильер заготовку с поперечным
сечением соответствующей формы. При такой схеме графит ведет
Раздел 3. Производство режущих инструментов
себя, как вязкая жидкость, и в стакане создаются условия большого,
почти всестороннего сжатия материала, повышается его пластич-
ность, и материал спокойно течет через фильер. Так получают заго-
товки сверл с канавками, заготовки метчиков, разверток, в том числе
биметаллические, когда быстрорежущая сталь расположена тонким
слоем по периметру поперечного сечения. Для этого заготовка под
выдавливание должна состоять из цилиндра конструкционной стали,
на который надета тонкая трубка из стали быстрорежущей.

Метод высокопроизводительный, экономит быстрорежущую сталь
и повышает стойкость инструмента из-за понижения карбидной неод-
нородности материала заготовки. Экономически оправдан в условиях
серийного и массового производства инструментов.

Литье. Достигается значительная экономия быстрорежущей ста-
ли, так как форма заготовки очень близка к форме готового инстру-
мента. Наполовину снижается трудоемкость изготовления инструмен-
та в связи с тем, что почти полностью исключается последующая
лезвийная обработка. Возможна добавка присадок других химичес-
ких элементов для повышения прочности и стойкости инструмента. С
этой точки зрения литье — наиболее выгодный метод получения
заготовок. Литьем в оболочковые формы по выплавляемым моделям
можно получать заготовки, для превращения которых в инструмент
требуется только закалка с отпуском, шлифование и заточка.

Заготовки могут быть цельнолитыми с полным профилем зубьев и
канавок мелкоразмерных инструментов. Для инструментов средних и
крупных размеров заготовки составные, когда режущие ножи, пласти-
ны, гребенки из проката быстрорежущей стали или твердого сплава
заливаются углеродистой или легированной сталью для получения
корпуса. Могут быть и сварные инструменты с литой рабочей час-
тью, например, сверла, концевые зенкеры и фрезы. Для сборных
инструментов можно отливать ножи с рифлениями на опорной поверх-
ности.

Однако широкому внедрению литья препятствую! дефекты струк-
туры литой стали. Это прежде всего карбидные ликвации В резуль-
тате — непостоянная по длине твердость и износостойкость режуще-
го лезвия, и в целом стойкость литого инструмента ниже, чем из
проката. Неоднородность структуры вызывает “пятнистую” твер-

дость после закалки, высокие внутренние напряжения, понижающие
прочность инструмента и приводящие к образованию трещин. Крупно-
зернистость структуры и расположение карбидов в виде сетки вокруг

зерен также понижают прочность инструмента.

Некоторому разрушению карбидной сетки и более равномерному
распределению карбидов способствует двойная закалка. Первую за-
калку выполняют с увеличенной в 5—6 раз выдержкой при нагреве,
что способствует частичному растворению карбидов, а затем их
некоторому перераспределению по объему металла. После закалки
заготовки подвергают изотермическому отжигу по режиму быстроре-
жущей стали, механической обработке и второй, уже нормальной,
закалке и отпуску. Стойкость инструмента после двойной закалки
повышается на 30—50 % по сравнению с литым инструментом одно-
кратной закалки. Тем не менее она ниже, чем у инструментов, изго-
товленных из проката. Если за счет технологий литья, разработанных
проф. Е.И. Бельским, прочность литых инструментов повышена до

прочности инструментов из проката, то стойкость еще не доведена до
этого уровня, она в два-три раза ниже. Поэтому литье экономически
оправдывает себя только при изготовлении трудоемких мелкоразмер-
ных и мелкопрофильных инструментов, например, мелких концевых
фрез, в условиях серийного и массового производства.

Наплавка режущих элементов. Наплавляется быстрорежущая
сталь на корпусы из конструкционной стали, причем даже не на пол-
ный зуб, а на его часть, необходимую для работы будущего инстру-
мента (рис. 3.2).

Электродуговую наплавку производят электродами из быстроре-

жущей стали с обмазкой или углеро-
дистыми с качественной обмазкой.
Электроды могут быть трубчатые,
заполненные ферросплавами и флюса-
ми. Наплавлять можно вручную или
на специальных установках, где весь
процесс наплавки (подготовка из лент
электродов, заполнение их ферроспла-

Рис. 3 2,
Наплавка зубьев инструмента
вами, наплавка) автоматизирован. Возможна наплавка с помощью
I азовой горелки.

Наплавка может осуществляются с изотермической закалкой заго-
товки (простые однолезвийные инструменты, резцы, ножи). Заготовки
корпусов инструментов перед наплавкой подогревают до 300—600 °С,
и эту температуру поддерживают во время наплавки.

При втором способе после наплавки многолезвийных и других
сложных инструментов предусматривают отжиг с последующей лез-
вийной обработкой заготовок. В этом случае заготовки корпусов ин-
струментов перед наплавкой подо1ревают до 300—600 °С.

Наплавленные инструменты имеют те же недостатки, что и литые,
и по той же причине. Поэтому метод экономически оправдал себя при
восстановлении предельно сточенного инструмента. В этом случае
наплавку зубьев производят вручную, возможно даже 1 азовой горел-
кой.

Сварка заготовок широко используется в инструментальном про-
изводстве для изготовления хвостового и стержневого инструмента
диаметром 6 мм и больше. Сваривают встык заготовку рабочей
части инструмента из быстрорежущей стали с заготовкой хвостовика
или стержня из конструкционной стали.

Стыковая электросварка принципиально ничем не отличается
от используемой в машиностроении. Только длина вылета из зажима
заготовки из быстрорежущей стали должна быть в 2,25—2,50 раза
меньше, чем вылет заготовки из конструкционной стали, так как
теплопроводность быстрорежущей стали ниже, а температура концов
под сварку должна быть одинаковой. Вылет быстрорежущей заготов-
ки равен ее диаметру, но не менее 8—10 мм, для избежания подка-
ливания быстрорежущей части сваренной заготовки в зоне шва. Для
того чтобы не было трещин в зоне сварного шва после сварки, заго-
товки должны медленно остывать в подогретом песке или термостате.
Еще лучше сразу же после сварки заготовки складывать в печь с
температурой 840—860 °С, и после ее заполнения производить отжиг.
Отжиг обеспечивает снятие внутренних напряжений, улучшение
структуры и понижение твердости, так как нагретая до температуры
закалки быстрорежущая сталь принимает закалку па воздухе
Во время сварки нельзя допускать дефектов, приводящих к браку
заготовок: сверхнормативной кривизны и смещения сваренных загото-
вок, прижогов в местах зажима, кольцевых трещин по быстрорежу-
щей части вблизи сварного шва, пережога (черная поверхность изло-
ма), свищей, расслоения по шву, непровара торцов, крупнозернистости
структуры.

Сварка трением — разновидность сварки давлением. Заготовки
приводятся в соприкосновение торцами, затем одна относительно
другой получают вращение с непрерывным поджимом к торцу, металл
у торцов заготовок разогревается, повышается пластичность, свари-
ваемые металлы сближаются до межатомных расстояний — насту-
пает молекулярное схватывание, т.е. сварка.

Метод так хорош, что он практически вытеснил стыковую элек-
тросварку из производства режущих инструментов. Его преимуще-
ства по сравнению с электросваркой: в 5—10 раз меньше расход
электроэнергии, в 4 раза меньше угар металла, высокая точность и
производительность (1,5—30 с/шт.), мелкозернистое строение шва, в
шве отсутствуют окислы и макропороки, меньше брака, легко авто-
матизируется. Метод используется для сварки цилиндрических заго-
товок, а также восстановления сломанного инструмента. Разница в
диаметрах концов под сварку может быть до 4 мм.

Оба вида сварки — электросварку и сварку трением — в серийном
и массовом производствах выполняют на специальных полуавтоматах.

Сварка взрывом — тоже вид сварки давлением. Используется
для получения заготовок плоского биметаллического инструмента,
например, протяжек.

Свариваемые заготовки, обычно полосы, накладываются друг на
друга подготовленными под сварку плоскостями и помещаются в
контейнер, где производится взрыв. Чистые свариваемые поверхности
сближаются до межатомного расстояния. Наступает молекулярное
схватывание, и обе полосы представляют собой монолит.

Наварка пластин быстрорежущей стали. Этот метод оснаще-
ния корпусов из конструкционной стали режущими элементами из
быстрорежущей стали по своей природе занимает промежуточное
место между сваркой и напайкой. Для наварки однолезвийных инстру-
Р аздел 3 Производство режущих инструментов
ментов используют сварочный порошок, состоящий из ферромарган-
ца, технической плавленой буры и меди, или сварочную пасту из
порошков ферросилиция, технической соды и переплавленной буры, а
также медной и стальной стружек, замешанных на жидком стекле.

Поверхности под наварку обрабатывают с неровностями до 0,2 мм.
Плоскость державки резца посыпают порошком, укладывают пласти-
ну, нагревают в камерных печах или на стыковых сварочных маши-
нах, машинах для точечной сварки до расплавления порошка. Потом
пластину прижимают к корпусу с помощью ручного пресса или элек-
тродами машины. После этого осуществляют отжиг, закалку и абра-
зивную обработку, например, заточку резца.

При изготовлении многолезвийных инструментов в корпусах под
пластины делают клиновидные в радиальном направлении пазы, на
поверхности которых и на поверхности пластин лопаточкой наносят
слой сварочной пасты, толщина которою 1,0—1,5 мм. Пластины зак-
ладывают в пазы корпуса с зазором по донышку паза 1,0—1,5 мм.
Собранный с ножами корпус просушивают, подогревают в электри-
ческой печи до 700—800 °С, окончательно на! ревают до расплавления
сварочного порошка (1280 СС) в пламенной печи, вынимают из печи и
обжимают пластины в направлении донышка паза путем прокатывания
по плите, если заготовки цилиндрической формы. После наварки —
отжиг и дальнейшая механическая обработка, как и цельных инстру-
ментов. Поскольку сварочный шов обрабатывается плохо, низкая стой-
кость лезвийных инструментов, желательно иметь размеры элемен-
тов корпуса и пластин такими, чтобы после наварки и отжига сварной
шов лезвийными инструментами не обрабатывать, т.е. пластины дол-
жны нависать над поддерживающими их элементами корпуса.

Наварку пластин используют в серийном и массовом производстве
с целью экономии дорогой и дефицитной быстрорежущей стали.

Напайка пластин быстрорежущей стали. Напайку пластин мож-
но совместить с закалкой, использовав нагрев при напайке. Затем —
отпуск, шлифование и заточка В этом случае вся лезвийная обработ-
ка корпусов инструментов и пластин должна быть выполнена до
пайки. Если такая технология неприемлема и после пайки требуется
лезвийная обработка, то напаянный инструмент отжигают, затем
выполняют лезвийную обработку, закалку, шлифование и заточку. Тем-
пература плавления припоя при этом должна быть выше температуры
нагрева под закалку, чтобы пластины при закалке не отпаялись.
Кроме того, припой должен быть жидкотекучим, хорошо смачивать
спаиваемые поверхности. Этого требует технология пайки: припой
должен хорошо затекать в щели между пластиной и корпусом при
любом положении последнего. Прочность паяного шва должна быть
тоже высокой, точнее — достаточной. Такие припои имеются. Чаще
всего используют припой ГФК следующего состава: Си 73—74 %;
ЬН 4—5 %; Ре 5—7 %; Ре§1 3—4 %; Хп 6—8 % по весу.

Технология пайки не отличается сложностью. Здесь, как и при
наварке, важно хорошо раскислить соединяемые поверхности. Для
этого используют размельченную обезвоженную буру, которой после
предварительного нагрева посыпают спаиваемые поверхности, или
буру иногда вводят в состав припоя, если последний используется в
виде порошка, что свойственно напайке пластин на корпуса многолез-
вийных инструментов. В заготовках корпусов на торцах делают вы-
точки — ванночки, в которые после сборки корпуса с ножами и
раскисления насыпают припой. Установив корпус на противоположный
торец, его нагревают до расплавления припоя, подстуживают на воз-
духе и закаливают в масло или дают медленно остыть в термостатах
для последующего отжига и лезвийной обработки.

Напайка, как и наварка пластин, позволяет экономить быстрорежу-
щую сталь. Экономия большая. Так, согласно данным Челябинского
тракторного завода, при изготовлении крупномодульного долбяка
(л?=10,5 мм) с напаянными пластинами экономия быстрорежущей
стали составляет 23 кг.

Нагревать заготовки во время напайки можно в печах, обеспечи-
вающих температуру 1260—1300 °С. При такой высокой температу-
ре возможно окисление и обезуглероживание поверхностных слоев
материала пластин и ножей. Поэтому лучшим является безокисли-
гельный нагрев в соляных ваннах, нефтяных или газопламенных
печах. Для первичного подогрева можно использовать любые печи.

Напайка пластин твердого сплава. До напайки совершают мак-
Р аздел 3 Производство режущих инструментов
симум операций над корпусом, чтобы после напайки осуществлять
только шлифование и заточку.

Для пайки используют медь или медно-цинковые припои, латуни с
температурой плавления 900—1080 °С. Они мягкие, в связи с чем
слой припоя под пластиной нельзя допускать более 0,1 мм, чтобы под
действием сил резания припой не “выдавливался” и пластина не изги-
балась и не ломалась. Поэтому неплоскостность контактных поверх-
ностей гнезд и пластин должна быть не более 0,05—0,10 мм. Гнезда
в корпусах фрезеруют, а опорные поверхности пластин при необходи-
мости шлифуют.

Перед напайкой пластины обезжиривают промывкой в бензине или
чстыреххлористом углероде. Спаиваемые поверхности пластин и кор-
пусов раскисляют бурой. У однолезвийных инструментов, например
резцов, бурой посыпают опорную поверхность гнезда, затем кладут
пластину припоя, посыпают бурой, кладут пластину твердого сплава,
а на нее сверху опять кладут припой и посыпают бурой, чтобы защи-
тить переднюю поверхность пластины от окисления. Затем соедине-
ние нагревают до расплавления припоя, подправляют положение пла-
стины и выжимают избыточный припой У заготовок многолезвийных
инструментов раскисление — отдельный переход. Режущие пластины
с пластинками припоя устанавливают в гнезда корпуса, слегка закреп-
ляют зачеканкой, обвязкой асбестовым шнуром или жаропрочной про-
волокой, вываривают в водном растворе буры и высушивают. После
этого осуществляют нагрев до расплавления припоя и последующее
охлаждение, которое можно совместить с закалкой корпусов в масле
или селитровой ванне.

Для нагрева используют любые печи, но лучше с безокислитель-
ной средой. Часто предпочитают индукционный нагрев как быстрый,
чистый и поддающийся автоматизации. Заготовка в витковом индук-
торе непрерывно вращается во время нагрева и застывания припоя.
Инструменты, нагреваемые в петлевом индукторе (резцы, ножи для
сборных инструментов), неподвижны (рис. 3.3) Нагрев твердого спла-
ва должен быть медленным, так как он обладает малой теплопро-
водностью, и быстрое изменение объемов от быстрого нагрева мо-
жет привести к растрескиванию пластин. По этой же причине охлаж-
дение после напайки тоже должно быть очень медленным. Напаян-
ные заготовки должны остывать в термостатах, а еще лучше —
вместе с печью, куда они забрасываются после напайки. Медленный
нагрев и медленное охлаждение — общая особенность горячей обра-
ботки инструментальных материалов. Для медленного нагрева петле-
вые индукторы проектируют так, чтобы пластина нагревалась за счет
теплопередачи от нагреваемого корпуса. То же самое делают при
напайке на машинах контактной сварки: электроды подводят к корпу-
су инструмента возле пластины.

Рис 3 3 Петлевой индуктор для напайки
на резцы пластин твердого сплава

В крупносерийном и массовом производстве напайных многолез-
вийных инструментов хорошо зарекомендовал себя нагрев в соляной
ванне с одновременной закалкой корпусов. Собранный с пластинами
твердого сплава, вываренный в водном растворе буры и высушенный
корпус погружают в соляную ванну и опускают в находящийся там
графитовый тигель с расплавленным припоем. Припой затекает в
зазоры между пластинами и корпусом, а потом затвердевает после
подстуживания заготовки на воздухе. Остудив до температуры закал-
ки, корпус закаливают, охлаждая его вместе с пластинами в подогре-
том масле или селитре.

Разработаны и используются автоматы и полуавтоматы для на-
пайки резцов на установках ТВЧ, обеспечивающие высокую произво-
дительность и хорошее качество пайки.
Мероприятия по повышению качества пайки. Твердый
сплав и конструкционная сталь корпуса имеют разные коэффициенты
теплового расширения. При нагреве до одной и той же температуры
увеличение единицы объема стали больше, чем твердого сплава, а
при остывании с этой же температуры усадка корпуса больше, чем
пластины. Если корпус и пластина скреплены уже застывшим при
температуре 900—1000 °С припоем и остывают до комнатной тем-
пературы как единое целое, то из-за разности объемов в соединении
возникают внутренние напряжения. В поверхностном слое пластины
эти напряжения растягивающие. Они способствуют повышению из-
носа инструмента во время резания. Более того, складываясь с
растягивающими напряжениями от изгиба пластины под действием
сил резания, могут вызвать ее разрушение. После остывания паяно-
го соединения эти напряжения бывают так велики, что превышают
предел прочности материала пластины на растяжение, и в
поверхностном слое пластин появляются микротрещины или даже
сплошные трещины, приводящие к неисправимому браку. Согласно
данным Минского инструментального завода, брак по трещинам в
результате нарушения технологии напайки и заточки резцов со спла-
вами группы ТК может достигать 70 %.

Зная причину этих дефектов, можно предложить стратегию их
недопущения:

♦ уменьшить количество связей, соединяющих пластину и корпус,
т.е. уменьшить площадь паяного соединения для обеспечения бо-
лее независимого изменения объемов пластины и корпуса во время
остывания соединения;

♦ создать благоприятные условия для релаксации напряжений за
счет пластического течения слоя припоя на достаточную величину,
выравнивающую разность в сокращении объемов пластины и кор-
пуса;

♦ уменьшить усадку корпуса или увеличить усадку пластины после
остывания паяного соединения.

Все три направления в достаточной мере результативны. Первое
направление реализуется использованием гнезд для напайки пластин
только по опорной поверхности (см. рис. 2.5, е).
Для второго направления можно предложить высокопластичные
припои. Однако известные высокопластичные припои не обеспечива-
ют достаточной прочности соединения. Поэтому направление реали-
зуется увеличением толщины слоя припоя. Но чтобы под действием
сил резания припой не выдавливался, его армируют сеткой из железа
или пермаллоя толщиной 0,55 мм с одним отверстием на 1 мм2.
Железо и пермаллой для сеток выбраны не случайно. Коэффициент их
теплового расширения — промежуточный между сталью и твердым
сплавом, что дополнительно способствует уменьшению остаточных
напряжений.

Увеличение выдержки при достаточно высокой температуре также
увеличивает объем пластической деформации припоя, так как при
таких температурах припой более пластичный. Поэтому после напай-
ки рекомендуют медленное остывание инструментов в термостатах
(подогретый песок, печь). Лучше, безусловно, остывание в печи, в
которой после ее заполнения длительно выдерживают инструмент
(6—10 часов) при температуре 200—250 °С.

Реализация третьего направления увеличением усадки пластины
неосуществима. Но вполне возможно и полезно уменьшение усадки
корпуса путем его закалки на мартенситную или близкую к ней струк-
туру. Для этого корпус вместе с напаянными пластинами быстро
охлаждают в подогретом до температуры 80—100 °С масле. Такое
быстрое охлаждение выдерживают без трещин сплавы группы ВК и
Т5К10. а также пластины Т14К8 и Т15К6 толщиной до 4 мм. Закалка
не только уменьшает внутренние напряжения в паянном соединении и
исключает появление трещин в пластинах твердого сплава, но и повы-
шает износостойкость самого твердого сплава. Согласно данным
Минского автомобильного завода, твердосплавные фильеры после
закалки служат значительно дольше.

Напайка минералокерамических пластин. После устранения
шлифованием или доводкой неплоскостности опорных поверхностей
пластин до 0,1 мм пластины обезжиривают и напаивают припоем из
окиси сцинца, окиси меди, мелких опилок алюминия и фтористого
натрия в качестве раскислителя. Нагрев до 850—900 °С в любой
печи. На установках ТВЧ и аппаратах для контактной сварки нагре-
Раздел 3. Производство режущих инструментов
вают очень медленно за счет теплопередачи от нагреваемого корпу-
са, так как пластина немагнитная и токонепроводящая. Прочность
шва на срез очень низкая, 30—32 МПа. Более прочная напайка осу-
ществляется с помощью лазу ни после металлизации пластин медью
(прочность шва на срез до 90 МПа).

Предварительно пластины обезжиривают в ацетоне после промыв-
ки в мыльной воде, покрывают слоем пасты из порошка титана или
гидрата титана в 3-процентном растворе целлулоида в амилацетате.
Затем пластины высушивают, накрывают кусочком медной фольги,
помещают в контейнер, в котором создают вакуум 3 МПа для пре-
дотвращения соединения титана с кислородом и водородом воздуха
После нагрева до 1130—1150 °С титан плавится, частично восстанав-
ливая окись алюминия в поверхностном слое пластины, прочно соеди-
няется с материалом пластины и медью.

Для снятия напряжения в паянном соединении инструмент после
напайки помещают в печь с температурой 350—400 °С и охлаждают
вместе с печью.

Контроль качества напайки. С помощью внешнего осмотра
проверяют сплошность и толщину паяного шва. Толщина должна быть
не более 0,1 мм, а разрывы шва допускаются в виде единичных
черточек длиной 1,5—2,0 мм. Эти разрывы определяют но черточкам
темного цвета, который появляется после промывки инструмента в
керосине и обтирки, так как керосин, проникший в щели, выделяется,
придавая темную окраску в разрыве шва.

Прочность паянного соединения проверяют на сдвиг пластины под
прессом, а выборочно — путем срубания пластины зубилом. Пласти-
на при этом должна крошиться, а не отскакивать целиком.

Разработан и неразрушающий ультразвуковой метод контроля ка-
чества напайки пластин.

Наличие трещин и микротрещин проверяют методом люминесцент-
ной дефектоскопии. Флюоресцирующий раствор из 10 % автола и 90 %
керосина после окунания в него инструмента на 2—3 мин проникает
в трещины и микротрещины шириной свыше 5 мкм. После промывки
в бензине, просушки под вентилятором, опудривания магнезитовой
пудрой и облучения ультрафиолетовыми лучами на фоне темно-фиоле-
говой пластины ярко светятся дорожки вышедшего из трещин люми-
нофора. Трещины можно обнаружить и более современным токових-
ревым методом, а также визуально после химической очистки, когда
при охлаждении из них выжимается солевой раствор. Вода раствора
испаряется, и на пластине видны белые солевые дорожки.

Поскольку инструмент с трещинами — окончательный брак, то
разбраковку или выявление трещин можно осуществить более про-
стым, но разрушающим способом. Например, пластина с трещиной
частично отрывается от державки после удара с плеча верхней плос-
костью державки о стальную болванку. Резец при этом держат за
державку с противоположной от головки стороны, а ударяют держав-
кой посередине се длины. Подтверждением того, что откололась
часть пластины с трещиной, является окисленная поверхность изло-
ма, не серебристо-металлический, а матовый цвет скола хотя бы у
края трещины.

Таким же образом можно проверить прочность припайки пластины:
пластина не должна отскакивать от державки.

Приклеивание пластин. Приклеивать можно пластины из любых
режущих материалов, что особенно важно для минералокерамики и
синтетических сверхтвердых материалов. В настоящее время хими-
ческая промышленность выпускает синтетические клеи с теплостойко-
ст ью до 600 °С. Этого вполне достаточно, так как во время работы
инструмента в зоне шва температуры свыше 600 °С практически не
бывает. Прочность клеевого соединения достаточная даже для выпол-
нения обдирочных работ. Стойкость клееных инструментов в среднем
в 1,5 раза выше, чем паянных, так как почти полностью исключается
такая причина износа, как электроэрозия, в связи с разрывом цепи
термоЭДС (клей — диэлектрик). Трещины и внутренние напряжения в
приклеенных пластинах отсутствуют, нет причин для их возникновения.
После обезжиривания пластины наклеивают при комнатной температу-
ре или юмпературе 60—80 °С, а сушат клеевое соединение при тем-
пературе 180—200 °С. Единственным недостатком клееных конструк-
ций является необходимость тщательной подготовки поверхностей под
склеивание и осторожной заточки, не допускающей напева соединения
в зоне шва выше температуры термостойкости клея.
Прессование заготовок из порошков. Прессованием порош-
ков можно получать заготовки из любых инструментальных матери-
алов, если это экономически выгодно. Например, получают режущие
пластины из твердого сплава, минералокерамики, рифленые ножи
сборных инструментов. Однако технологи-машиностроители или ин-
струментальщики машиностроительного завода этими специальны-
ми вопросами занимаются редко. Им чаще приходится встречаться
с получением заготовок фасонного монолитного твердосплавного
инструмента: сверл, фрез, зенкеров, разверток, зуборезных и других
хвостовых инструментов или насадных в виде коронок. Эю, как
правило, инструменты малых размеров. Изготавливают их из плас-
тифицированного твердого сплава (пластификатор — парафин до
7 %) двумя методами.

Брикеты пластифицированного твердого сплава помещают в кон-
тейнер и через твердосплавный фильер выдавливают заготовку со-
ответствующей формы, например, сверла, развертки, метчика и т.д
Такие сырые заготовки имеют форму готового инструмента. После
выдавливания заготовки спекают в водородной атмосфере (предох-
ранение от окисления зерен порошка), затем присоединяют к дер-
жавкам из конструкционной стали, если это необходимо, шлифуют и
затачивают.

При втором методе прессу юг заготовки цилиндрической или приз-
матической формы, как миниатюрные поковки. После предваритель-
ного спекания их обрабатывают со скоростью 50—150 м/мин, но с
малыми подачами. Обработку ведут твердосплавными инструмента-
ми с увеличенными передними (10—15°) и задними (20—30°) углами,
придавая заготовкам необходимую форму. После обработки резанием —
окончательное спекание, шлифование и заточка. Так получают диско-
вые модульные, канавочные и прорезные фрезы, сверла и некоторые
другие инструменты, в том числе фасонные Важно правильно рас-
считать размер заготовки до спекания:

где: А — окончательный размер инструмента; С — максимальный
припуск на обработку до спекания; К — коэффициент, учитывающий
усадку при спекании (1,25—1,30), С,— максимальный припуск на
обработку после спекания.
3.2.4. Выбор промежуточных видов обработки

Если выбрана заготовка, финишные методы обработки, есть чер-
теж готового инструмента, то овладев основами технологии машино-
строения, не представляет труда назначить промежуточные виды об-
работки. Специфичные для инструмента операции обработки резани-
ем будут рассмотрены ниже (см.п.3.3).

3.2.5. Разработка технологического маршрута

К этому времени уже знаем метод получения заготовки, ее форму
и виды механической обработки резанием. Все известное располага-
ем в последовательности выполнения, пока без привязки к конкретно-
му технологическому оборудованию, и получаем технологический
маршрут.

3.2.6. Выбор технологических баз

Выбор основных технологических баз

Требования к технологическим базам и их выбор основан на тех
же соображениях, что и при обработке любых деталей. Здесь, как и
в любых других случаях, необходимо стремиться к единству баз
конструкторских, технологических и измерительных. Овладев инфор-
мацией п. 3.2.1—3.2.5, несложно выбрать технологические базы для
обработки любой детали. Для обработки инструмента — еще проще.
Есть три типовых группы инструментов:

а) хвостовые: сверла, зенкеры, развертки, фрезы, протяжки круглые
и др., долбяки хвостовые;

б) насадные — инструменты типа тел вращения с отверстием для
посадки на оправку: зенкеры, развертки, фрезы, долбяки, шеверы,
круглые фасонные резцы, резьбонарезные плашки, круглые резьбо-
нарезные гребенки, насадные метчики;

в) плоские: резцы стержневые, призматические, пластинчатые, ножи
к сборному инструменту, протяжки плоские, резцы зубострогаль-
ные, гребенки зуборезные.

Для этих инструментов технологические базы уже не раз выбира-
лись и хорошо известны.

У хвостового инструмента основными технологическими базами
являются центровые отверстия, а у мелкого (0< 8 мм) — наружные
центры. Для обработки длинного инструмента, например протяжки,
длинного сверла, во избежание прогиба приходится дополнительно
использовать цилиндрическую поверхность, которой инсарумент опи-
рается на подвижный или неподвижный люнет.

У насадного инструмента главной технологической базой являет-
ся отверстие или торец, а вспомогательной — соответственно торец
или отверстие. При этом главной базой является наиболее развитая
поверхность. У инструмента типа цилиндра, например цилиндрическая
фреза, главной технологической базой является отверстие, а торец —
вспомогательной. У инструментов типа дисков, например зуборезный
долбяк, главная база — торец, а вспомогательная — отверстие.

У плоского режущего инструмента основными технологически-
ми базами являются плоскости. Самая большая по площади поверх-
ность служит установочной базой, самая длинная — направляющей,
а самая малая — опорной.

Выбор первичных, черновых, технологических баз

Черновые базы необходимы для обработки с требуемой точнос-
тью основных технологических баз, на которых будет проводиться
вся дальнейшая механическая обработка.

Черновой базой хвостового инструмента служит необработан-
ная наружная цилиндрическая поверхность заготовки

У насадного инструмента на разных этапах обработки основных
технологических баз черновыми базами могут быть различные по-
верхности. Для первичной обработки основных баз (отверстий и тор-
цов) основной черновой базой является необработанная цилиндричес-
кая поверхность, а вспомогательной черновой — один их торцов
заготовки. При дальнейших видах обработки основных технологичес-
ких баз, например, шлифование после закалки и отпуска, в качестве
черновых баз можно использовать наружные поверхности зубьев (за-
жим в цанговом патроне), затылочные поверхности зубьев (зажим в
цанговом патроне с центрированием по затылочным поверхностям
зубьев с помощью трех роликов) или окончательно обработанные
горцы, если их поверхность достаточная.

У плоского инструмента черновыми базами являются черные
необработанные плоскости.
Обработка технологических баз

У хвостового инструмента центровые отверстия (гнезда) с
углом 60° в условиях единичного и мелкосерийного производства
получают центровочными сверлами на сверлильных, токарных и
токарно-револьверных станках. В условиях массового и крупносе-
рийного производства центровые гнезда сверлят, а затем зенкуют
центровочными зенковками на токарных автоматах и полуавтоматах
или специальных центровальных и фрезерно-центровальных станках.
У режущего инструмента высокой точности центровые гнезда с
предохранительным конусом, а у остальных и у инструментов с
малым диаметром — без него.

Для обеспечения высокой точности зацентровки торцы заготовки
должны быть перпендикулярны ее оси, а поэтому необходимо их
предварительно подрезать.

Короткие заготовки при центровании зажимают в призмах или
патронах, а длинные — в патронах с поддержкой люнетом второго,
зацентровываемого конца.

Для точной зацентровки заготовок из холоднотянутого металла
используют станки с цанговым зажимом и направляющей втулкой.

После закалки и отпуска центровые гнезда исправляют твердо-
сплавной зенковкой на вертикально-сверлильном станке или шлифуют
на внутришлифовальных или центрошлифовальных станках. У точных
инструментов (развертки, протяжки и др.) центровые отверстия даже
доводят чугунными притирами с абразивной пастой.

У насадного инструмента отверстия первоначально обрабаты-
вают по Н9—Н7 сверлением, растачиванием и развертыванием или
протягиванием. Предварительную обработку одного торца и отвер-
стия производят с одной установки заготовки. Второй торец обраба-
тывают на базе первого. Зажимается заготовка самоцентрирующими
устройствами, захватывающими заготовку за наружную поверхность.
Чистовую подрезку торцов выполняют на конической оправке.

После закалки и отпуска технологические базы (отверстие и тор-
цы) вновь обрабатывают по 7—5-му и даже более высоким квалите-
там точности (зуборезные инструменты). Сначала на внутришлифо-
вальном станке с одной установки заготовки шлифуют отверстие и
один торец. Второй торец можно шлифовать на плоскошлифовальном
станке. После шлифования или доводки отверстия торцы можно шли-
фовать на конической оправке на круглошлифовальном станке. Если
базы обрабатывают с точностью выше 5-го квалитета, то их доводят
на специальных доводочных станках. Отверстие можно доводить
разжимными притирами на токарных и сверлильных станках. Припуск
под доводку 0,01—0,05 мм. Когда главной технологической базой
является торец, то сначала доводится он, а затем на его основе
доводят отверстие.

У плоского инструмента технологические базы (плоскости)
фрезеруют, строгают, протягивают или шлифуют После закалки и
отпуска базовые поверхности вновь шлифуют, а у высокоточных ин-
струментов еще и доводят.

3.2,7, Последующие этаны разработки технологического
процесса

Под последующими этапами имеем в виду:

♦ выбор технологического оборудования и оснастки,

♦ разработку маршрутной технологии;

♦ разработку операционной технологии;

♦ сравнение экономической эффективности нескольких вариантов
техпроцесса и выбор оптимального;

♦ окончательную доработку выбранною варианта.

Разработка перечисленных этапов подробно излагается в курсе
"Технология машиностроения”. Все это свойственно и для инстру-
мента. Отличие состоит лишь в том, что при изготовлении режуще-
го инструмента приходится сталкиваться с операциями, свойствен-
ными лишь ему: фрезерование стружечных канавок, шлифование
зубьев долбяков и др. Эти операции рассматриваются ниже. Кроме
того, необходимо помнить, что при расчете припусков на обработку
особое внимание следует обратить на полно гу удаления дефектного
поверхностного слоя заготовки, который в дальнейшем может ока-
заться на режущей кромке инструмента. Поэтому данный слой,
особенно обезуглероженный, должен быть полностью удален. В про-
тивном случае лезвие у режущей кромки окажется мягким, а стой-
кость инструмента низкой. Может быть даже полная потеря рабо-
тоспособности.

При разработке этих и предыдущих этапов технологического про-
цесса целесообразно пользоваться специальной литературой (см. спи-
сок литературы к разделу 3).

Контрольные вопросы

1. Перечислите этапы проектирования технологического процесса в
последовательности его разработки.

2 Полуфабрикаты для стальных заготовок инструментов. Контроль
полуфабрикатов.

3. Способы получения заготовок методом пластического деформи-
рования. Их возможности. Выбор способов.

4. Температура начала и окончания ковки и штамповки заготовок из
быстрорежущей стали.

5 Характеристика литья, наплавки режущих элементов, сварки и
наварки, используемых для получения заготовок быстрорежущих
инструментов, с точки зрения работоспособности и экономичности
инструментов.

6. Напайка пластин быстрорежущей стали, твердого сплава, минера-
локерамики.

7. Дефекты напайки, причины их возникновения, мероприятия по не-
допущению дефектов.

8. Приклеивание режущих пластин. Преимущества приклеивания пе-
ред напайкой.

9. Прессование заготовок из порошков.

10. Основные и черновые технологические базы на разных стадиях
изготовления инструментов.

11. Методы и точность обработки технологических баз до и после
закалки и отпуска инструмента.

12. На чем базируется разработка остальных этапов технологическо-
го процесса изготовления инструмента и какие отличия от базы?
3.3. НЕКОТОРЫЕ ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

33.1. Общие положения

В общем курсе дисциплины ‘Технология машиностроения” доста-
точно подробно рассматриваются такие формообразующие операции,
как точение» фрезерование, протягивание, строгание, шлифование
плоских поверхностей и поверхностей вращения, а также некоторых
фасонных внутренних и наружных поверхностей. Поэтому в данной
работе уместно хотя бы в конспективном изложении рассмотреть
лишь те операции инструментального производства, которые в техно-
логии машиностроения не встречаются.

33.2. Обработка фасонных поверхностей

Очень многие инструменты имеют фасонные рабочие поверхнос-
ти: фасонные резцы и фрезы, сверла, протяжки, резьбонарезные и
зубообрабатывающие инструменты У каждой из перечисленных
групп инструментов есть свои формы, не похожие на формы других
групп, и присущие ей методы обработки поверхностей. Тем не менее
можно выделить общие принципы формирования и рассмотреть обра-
ботку линейчатых фасонных поверхностей и фасонных поверхностей
вращения.

Линейчатые фасонные поверхности, например, призматичес-
ких, тангенциальных и стержневых резцов, сначала фрезеруют, стро! а-
ют или протягивают в зависимости от типа производства (единичное,
серийное, массовое) на станках, которым присущи эти мсюды обра-
ботки. При этом обрабатывать можно нормальным режущим инстру-
ментом на станках с ЧПУ или фасонным — на универсальных станках.
В условиях единичного производства такие виды работ выполняют
нормальным режущим инструментом, изменяя положение детали при
переходе к обработке нового элемента фасонной поверхности.

Окончательно линейчатые фасонные поверхности чаще всего шли-
фуют на плоскошлифовальных станках по элементам или спрофилиро-
ванными абразивными кругами. На экран оптического нрофилешлифо-
вального станка накладывают кальку с профилем готового инстру-
мента в масштабе 50:1. Наблюдение на экране увеличенной в 50 раз
зоны обработки позволяет управлять движениями шлифовального кру-
га и, как по шаблону, получать профиль инструмента. В единичном и
мелкосерийном производстве еще до сих пор шлифуют таким обра-
зом задние поверхности фасонных резцов, в том числе круглых.

Шлифование фасонным кругом более производительное, однако
требует дополнительных затрат на профилирование круга. В условиях
мелкосерийного производства круги профилируют с помощью универ-
сальных приспособлений для алмазной правки. Принципиальная схема
одного из них представлена на рис. 3.4. Перемещая каретку 3 по
основанию 4, можно установить расстояние Л для правки участка
круга по Дуге радиусом К (рис. 3.4, б) путем поворота приспособления
с алмазом 7 вокруг оси 0-0. Перемещая каретку 2 параллельно оси
круга, получаем на круге прямолинейный участок профиля, параллель-
ный его оси. Повернув все приспособление вокруг оси 0-0 на угол а
и перемещая каретку 2, можно образовать на круге наклонный уча-
сток под углом а (см. рис. 3.4, б). Приспособление позволяет полу-
чить также и вогнутый дуговой участок (рис. 3.4, в). Круг профили-
руют на рабочем станке с рабочей скоростью вращения круга. Это
обеспечивает наиболее точный перенос профиля круга на обрабаты-
ваемый инструмент. Предварительное профилирование круга можно
осуществлять вне шлифовального станка, например, на токарном, с
низкой скоростью, при которой любой резец в состоянии резать круг,
т.е. выламывать из него частицы, образуя нужный профиль.

Рис 3 4. Профилирование шлифовального круга: а — приспособление для
профилирования; б, в — возможные формы профиля круга
Рассмотренное приспособление можно назвать техникой вчераш-
него дня. Оно не позволяет получить более сложные профили, но
имеет право на существование по причине своей простоты. Совре-
менное развитие техники допускает возможность создания на базе
ЧПУ приспособлений для правки любых профилей.

Наиболее производительным методом профилирования шлифоваль-
ных кругов является накатка профиля специальными шарошками из
закаленной стали У12 или 9ХС. Шарошка по внешнему виду напоми-
нает фасонную фрезу с профилем, обратным профилю круга (рис.3.5),
но без затылованных зубьев. Ее устанавливают на шлифовальный
станок, непрерывно поджимают к кругу и вращают со скоростью 10—
15 м/мин. Это та зона ско-

ростей, когда круг “режет-
ся” любым лезвийным ин-
струментом, а если быть
более точным — это ско-
рости, при которых произ-
водится выкрошивание
частиц круга. Он приобре-
тает профиль, обратный
профилю шарошки, или на-
катника, как ее иногда на-
зывают. Учитывая затра-
ты на изготовление ша-

Рис. 3.5. Шарошка для накатки профиля
шлифовального круга

рошки, способ накатывания профиля можно рекомендовать для серий-

ного и массового производства.

Фасонные поверхности вращения, в том числе винтовые,
предварительно образуют лезвийными инструментами на станках
токарной группы. Обработку ведут по элементам нормальным инст-
рументом или в обход по контуру с помощью копира, в том числе на
станках с ЧПУ. На универсальных неавтоматизированных станках
наиболее производительное образование профиля таких инструментов
обеспечивается фасонными резцами, но это экономически выгодно
только в условиях серийного и массового производства. Так можно
получать профили круглых фасонных резцов, фасонных фрез, в том
числе резьбонарезных и зуборезных.

Окончательно фасонные поверхности вращения шлифуют на круг-
лошлифовальных станках, а винтовые фасонные поверхности — на
резьбошлифовальных. Шлифование можно осуществлять нормальны-
ми или фасонными шлифовальными кругами. Круги профилируют так
же, как и для обработки линейчатых фасонных поверхностей.

Рассмотренными методами формируются фасонные поверхности
круглых фасонных резцов, а также метчиков и резьбонарезных гре-
бенчатых фрез. Лезвийная и абразивная обработка задних поверхно-
стей фасонных затылованных фрез, в том числе зуборезных, боковых
поверхностей зубьев долбяков и некоторых других поверхностей инст-
рументов производится другими методами и будет рассмотрена от-
дельно в дальнейшем изложении.

3.3.3. Образование рифлений на ножах
и в пазах корпусов сборных инструментов

В разделе 1 настоящей работы рассмотрены конструкции инстру-
ментов с ножами клиновидной или плоскопараллельной формы с рифле-

ниями на опорной поверхнос-
ти. Такие же рифления обра-
зованы в пазах корпусов этих
инструментов (см. рис. 2.1)

На ножах рифления можно
получить прессованием но-
жей из порошков, фрезерова-
нием гребенчатыми фрезами
или протягиванием. В откры-
тых пазах корпусов, напри-
мер, цилиндрических и торцо-
вых фрез (пазы открыты с
обоих торцов) рифления про-
тягивают, а в закрытых (дис-
ковые фрезы и другие инст-
рументы) долбят пластинча-

Рис. 3.6 Долбление рифлений в корпусе
дисковой фрезы: а — долбяк; б — схема
долбления; 1 — клин; 2 — державка;

3 — долбяк, 4 — корпус фрезы

тыми долбяками 2 (рис. 3.6). Поскольку долбяк тонкий, его поддер-
живают клином /. Таких клиньев 5—6 штук разной 1олншпыч что
позволяет обработать рифления за 5—6 проходов, так как зд одни ход
долбяка рифления образовать нельзя.

3.3.4. Фрезерование стружечных канавок

Фрезерование канавок — один из способов обработки зуба, гак
как его размеры и форма зависят от размеров и формы канавки»
Однако канавки фрезеруют не всегда. Если они получены прокаткой
или выдавливанием, например, у сверл, их, в лучшем случае, допол-
нительно полируют или шлифуют. В последнее время широко исполь-
зуют метод глубинного шлифования. Даже такие крупные канавки,
как у сверл, вышлифовывают на закаленной цилиндрической загоюк-
ке без предварительного формирования давлением или лезвийными
инструментами. Согласно данным проф. Е.Э. Фельдштейна, сюй-
кость таких сверл в 1,5 раза выше, чем сверл с фрезерованными
канавками, и в 2 раза выше, чем с прокатанными.

Самым распространенным способом образования стружечных ка-
навок остается фрезерование на обычных и автоматизированных го-
ризонтально- и универсально-фрезерных, а также специальных стан-
ках в центрах с делительной головкой. В серийном и массовом про-
изводстве используют специальные многоместные (многошпиндель-
ные) приспособления с ручным и автоматическим делением, т.е. с
поворотом заготовок на угловой шаг зубьев. Рабочим инструментом
являются двухугловые или фасонные канавочные фрезы. Они должны
быть направлены вдоль фрезеруемой канавки. Поэтому стол фрезер-
ного станка вместе с заготовкой и приспособлением поворачивают на
угол со 1 (рис.3.7):

1§(о1=1ёсосо5(0Н7), а Сёсо-лР/Г,
где: 0 — угол профиля фрезы (рис. 3.8); у — передний угол фрезеру-
емого зуба; I) — диаметр заготовки; Т — шаг фрезеруемой канавки.

Прямые стружечные канавки можно фрезеровать на горизонталь-
но-фрезерных станках.

Для получения прямых канавок с заданными параметрами, а имен-
но с глубиной й и передним углом у будущего зуба инструмента,
фрезеруемая заготовка и рабочая
фреза должны располагаться отно-
сительно друг друга определенным
образом. Это расположение задает-
ся смещением Е фрезы с оси заго-
товки и углублением Н (рис. 3.8).
Параметры Е и Н можно вычис-
лить по формулам [143], которые
легко * вывести по схеме
рис. 3.8 или определить графичес-
ки, вычертив ту же схему в увели-
ченном масштабе.

Рис. 3.7. Установка рабочей фрезы
для фрезерования винтовых
стружечных канавок:

I — заготовка; 2 — рабочая фреза

Я=/?5)п(0+у)-Л$1п0--1,4 1г81п(45-0);

Я=Л-/?со5(0+у)+Лсо5О-1,41 гсо$(45-0)-г,

где Я=/)/2 — половина диаметра заготовки; 0 — половина угла
профиля рабочей фрезы (см. рис. 3.8); у — передний угол зуба фре-
зеруемой заюговки; г — радиус при вершине зуба рабочей фрезы.

Рис. 3 8. Схема к расчету установки рабочей фрезы для получения канавок с
заданными глубиной к и передним углом у
В случае фрезерования стружечных канавок у инструментов с
неравномерным окружным шагом зубьев (развертки, многие фрезы)
на обрабатываемых зубьях необходимо обеспечить фаски постоянной
ширины/'(см. рис. 3.8), которые в будущем образуют задние поверх-
ности зубьев. Поэтому глубина стружечной канавки к от зуба к зубу
будет разной. Параметры Е и //установки рабочей фрезы для каждой
впадины вычисляют по формулам [143]:

Е'=7?81п(0+у)-/?51п(3+у)§1п0/51пЗ+7?81п(р-А.)81пО/51п5-г81п(р-8/2)/81п8/2;

Н=/?~/?8!П(р-Х)/81Пр+Л81П(О+у)с1:ёр-/?81П(8+у)51П0С1ёр/81п8+

+7?81п(р-Х)81п0с1§р/8т8-гсо8(р+5/2)/81п(8/2)+г,

1де: /?, 0, у, г — см. предыдущие формулы, р — вторая половина угла
профиля рабочей фрезы (см.рис.3.8); 8=р+0 — угол профиля фрезы;
Х==8"-ц-у; е — угловой шаг зуба; ц/2=агс81п (/72 Я).

Формулы сложные, поэтому с достаточной для практических целей
точностью параметры Е и Я проще определить графически. В серий-
ном производстве по этим параметрам проектируют и изготавливают
специальные шаблоны для быстрой настройки станка на фрезерова-
ние стружечных канавок.

Подобными методами настраивают станки и фрезеруют стружеч-
ные канавки сверл, зенкеров, разверток, мегчиков, фрез, в том числе
резьбонарезных и зуборезных.

На универсально-фрезерных станках образуют стружечные ка-
навки плоских и пазовых протяжек. Особенность обработки сосю-
ит лишь в установке заготовки относительно фрезы. Здесь рабо-
чая фреза тоже должна быть направлена вдоль образуемой канав-
ки, поэтому заготовку поворачивают относительно торца фрезы на
угол со. Кроме того, для образования переднего угла у заготовку
поворачивают вокруг линии, перпендикулярной оси фрезерной оп-
равки на угол:

п=0+у.

где 0 — угол профиля рабочей фрезы со стороны передней поверхно-
сти образуемой стружечной канавки.
На резьбофрезерном станке можно образовать стружечные канав-
ки круглых и шлицевых протяжек (рис.3.9, а). Особо важно выбрать
диаметр фрезы. Он не должен быть больше предельно допустимого,
при котором будет подрезаться зуб со стороны передней поверхности.
Это имеет место, когда кривизна формообразующего контура рабочей
фрезы (поверхности, в которой лежат ее режущие кромки) меньше
кривизны конической передней поверхности зуба протяжки. Это зна-
чит, что фреза должна войти в конус канавки протяжки, и контакт
наружного конуса фрезы с внутренним конусом зуба протяжки должен
происходить по их общей образующей. Этот наибольший, предельно
допустимый диаметр фрезы Л вычисляют по формуле

1)=ке/81п(Р-у)/81пу,

где — диаметр протяжки по первому зубу, к=сЦс1, где — диа-
метр протяжки в месте перехода криволинейного участка профиля
передней поверхности зуба в прямолинейный (рис. 3.9, а)\ к«0,85.

Рис, 3,9, Образование зубьев протяжек: а — фрезерование; б — точение

Во время фрезерования канавок необходимо помнить и учитывать
при наладке операции, что глубина канавок на всей длине рабочей
части протяжки или на отдельных ее участках постоянная, а диамет-
ры зубьев разные.
Стружечные канавки круглых и шлицевых протяжек чаще всего
прорезают стержневыми фасонными резцами на токарных станках с
ПУ (рис. 3.9, б). На неавтоматизированных токарных станках перед
окончательным формообразованием канавок их предварительно про-
резают канавочными резцами. Эту операцию называют разметкой
шага зубьев протяжки.

Стружечные канавки резьбонарезных плашек (см. на рис. 1.57) полу-
чают сверлением.

3.3'5. Образование и последующая обработка
зубьев протяжек

Зубья круглых протяжек полностью сформированы на операции
фрезерования или точения стружечных канавок.

У шлицевых протяжек дополнительно необходимо образовать
шлицевые выступы. Их получают фрезерованием по схемам
рис. 3.10 на универсально- или горизонтально-фрезерных станках в
одноместных или многоместных делительных приспособлениях.
Схема а требует для каждой протяжки свою рабочую фрезу и
поэтому приемлема для серийного производства. Схемы б, в+г ре-
комендуются для единичного производства. Схема в+г выгоднее,
так как здесь уже на стадии фрезерования образуются канавки к
для выхода шлифовального круга при последующем шлифовании
боковых сторон шлицевых выступов зубьев протяжки.

Рис. 3 10 Образование шлиц шлицевых протяжек
В условиях средне- и крупносерийного производства экономически
выгодно зубья шлицевых протяжек разных профилей фрезеровать на
специальных шлицефрезерных станках по методу обкатки червячны-
ми фрезами, образующими при этом необходимые технологические
канавки.

Протяжки с отношением длины к диаметру более 12 фрезеруют с
поддержкой люнетом.

После закалки и отпуска зубья протяжек затачивают и шлифуют.
Заточку по передним поверхностям зубьев осуществляют на специ-
альных заточных станках по схеме фрезерования (см. рис. 3.9, а).
Диаметр шлифовального круга ограничивается так же, как и диаметр
фрезы, и рассчитывается по той же формуле. Заточка зубьев по
задним поверхностям — по сути, шлифование конусов — выполняет-
ся на круглошлифовальных станках.

Плоские протяжки, в том числе пазовые, затачивают на универ-
сально-заточных станках как по передним, так и по задним повер-
хностям в приспособлениях типа поворотных тисков. Более подроб-
но принципиальные вопросы заточки инструментов будут изложены
ниже (см.п.3.5).

Шлифование боковых сторон профиля зубьев шлицевых протяжек
проводят на плоскошлифовальных или шлицешлифовальных станках
абразивными кругами соответствующего профиля. Зубья шлицевых
прямобочных протяжек шлифуют по схемам рис. 3.11. Профиль зубь-
ев шлифуют по схеме а рисунка. Затем прорезают технологические
канавки (рис. 3.11, б), если они не образованы на стадии фрезерова-
ния, и шлифуют поднутрение (рис. 3.11, в), которое можно совместить
с прорезкой технологической канавки.

Шлицешлифовальные станки оснащены специальными делитель-
ными устройствами, обеспечивающими автоматический поворот про-
тяжки при переходе к шлифованию следующего зуба, в то время как
на плоскошлифовальных станках деление ручное, обычно с помощью
универсальной делительной головки.
Рис 3 11. Шлифование шлиц шлицевых протяжек а — шлифование профиля,
б — прорезание канавки, в — шлифование поднутрения

3.3.6. Образование и последующая обработка
зубьев долбяков

Зубья зуборезных долбяков образуют фрезерованием дисковой
модульной фрезой на горизонтально-фрезерном станке или червячной
модульной фрезой — на зубофрезерном. Последний метод обеспечи-
вает более высокую точность и производительность обработки

Для получения боковых задних углов у будущего долбяка рабочую
фрезу во время фрезерования непрерывно приближают к оси обраба-
тываемой заготовки по мере продвижения зоны обработки от перед-
него торца заготовки к заднему. На горизонтально-фрезерном станке
это обеспечивают наклоном оправки с заготовкой на угол ав относи-
тельно горизонтальной плоскости за счет превышения одного центра
приспособления над другим. Такой прием можно использовать и на
зубофрезерных станках, установив ось долбяка с наклоном к направ-
лению перемещения червячной фрезы. Но если позволяс! станок, то
более точную обработку обеспечивает одновременное включение
двух подач, осевой (вертикальной) подачи фрезы и радиальной
подачи 5^ заготовки на фрезу с соотношением:

где: ав — задний угол при вершине зуба долбяка.
Предварительное формирование зубьев долбяков принципиально
возможно методом горячего пластического деформирования путем
накатывания, как у шестерен.

После закалки, отпуска и подготовки базовых поверхностей дол-
бяк затачивают по передней поверхности на плоскошлифовальном
станке с круглым поворотным столом (рис. 3.12). На круглошлифо-
вальном станке шлифуют под углом ав наружную коническую повер-
хность выступов зубьев, а на специальных зубошлифовальных стан-
ках — боковые стороны зубьев по схеме рис. 3.13.

Рис 3,12

Заточка долбяка по пере-
дней поверхности

Рис, 3 13 Шлифование боковых сторон
профиля зуба долбяка. I — ползушка;

2 — зуб долбяка; 3 — эвольвентный копир,
4 — упор; 5 — груз

Долбяк 2 и эвольвентный копир 3 установлены на оправке “О”
станка. При повороте копира по стрелке (о вместе с ним поворачива-
ется долбяк и отходит по стрелке А, Точки торца шлифовального
круга, соприкасаясь с боковой поверхностью зуба долбяка, описыва-
ют эвольвенты, профилируя таким образом его боковую сторону
Переход к обработке следующего зуба происходит после автомати-
ческого деления. Вторые стороны зубьев обрабатывают после руч-
ной переустановки долбяка на оправке. Таким образом, формирование
Р аздел 3, Производство режущих инструментов
эвольвентной поверхности зуба производится методом обкатки, но в
пределах одного зуба. Груз 5 обеспечивает плотный контакт эволь-
вентного копира с неподвижным упором 4, а ползушка / — переме-
щение по стрелке А системы “долбяк — копир’5. Действительные
формообразующие движения при шлифовании боковых сторон зуба
долбяка несколько сложнее, чем на принципиальной схеме. Достаточ-
но подробно это изложено в работе [145].

Мелкомодульные долбяки (т <2 мм) шлифуют дисковыми фасон-
ными кругами методом копирования или методом обкатки червячны-
ми шлифовальными кругами на специальных станках.

3,3.7. Затылование зубьев инструментов

Затылуют зубья метчиков, сверл, зенкеров, фасонных фрез, в том
числе резьбонарезных и зуборезных. Если для сверл, зенкеров и
метчиков это лишь один из способов образования задней поверхно-
сти, то для фасонных фрез — еще и упрощение переточек. Зубья
фасонных фрез перетачивают по передней плоскости, не трогая
сложной по форме задней поверхности. Форма и размеры профиля
фасонной режущей кромки при этом сохраняются. Метчики, сверла,
зенкеры, в отличие от фасонных фрез, после затупления повторно
затылуют, так как профиль шлифовального круга для заточки заты-
лованием простой — прямая линия.

В зависимости от типа и формы профиля фасонных фрез затыло-
вание подразделяют на радиальное, косое и осевое (рис. 3.14). Цель
этих разновидностей, как указывалось ранее (см.п.2.2.3.7), — обеспе-
чить задние нормальные углы достаточной величины на всех участ-
ках профиля. Затылование производят стержневыми фасонными рез-
цами до закалки фрезы и абразивными кругами после закалки и
отпуска на универсальных токарно-затыловочных станках по схеме
рис. 3.14. Вращающийся кулачок перемещает затыловочный резец по
стрелке 5 к центру или вдоль оси фрезы, которая вращается по
стрелке со. Задняя поверхность фрезы к спинке зуба понижается,
обеспечивая получение заднего угла.

Рабочий ход резца должен воспроизвести спираль Архимеда на
участке ав, несколько большем, чем ширина зуба фрезы
(см. рис. 2.25). На участке Ы резец отводится в положение, исходное
для затылования следующего зуба. За время перемещения резца по
траектории аЫ затылуемая фреза поворачивается на угловой шаг
зубьев, а кулачок делает полный оборот. Из этих посылок профилиру-
ют кулачки.

Рис. 3.14 Способы затылования зубьев фрез:
а — радиальное, б — косое, в — осевое

Обычно ширина зуба фрезы Е=4л0/5г, межзубной канавки
Е=пй15г (рис. 3.15). Поэтому минимальный рабочий участок профи-
ля кулачка должен быть на угле фрх =4x36075=288°, а максимальный
участок холостого хода (отвода резца) фхх=36075=72°. Учитывая
изложенное, кулачки делают с рабочей частью фрх, равной 330°, 315°
и 300°. Нерабочая часть фхх при этом — 30°, 45° и 60°. Обычно стре-
мятся выбрать кулачок с возможно большим фхх, так как спокойнее
работа затыловочного станка. Однако при большом фхх сложнее на-
строить станок на затылование. Поэтому ограничением выбора боль-
шого ф^ является квалификация оператора-затыловщика.

Параметр К кулачка зависит от требуемого заднего угла при вер-
шине фрезы ав, ее диаметра й и числа зубьев г: К=яЕх§аъ/г.

Если после закалки и отпуска фрезу затылуют шлифованием, то на
стадии затылования резцом (до закалки) делают двойной затылок:
К и где К>К (рис. 3.15). Необходимость двойного затылования
вызвана следующими соображениями. Прошлифован, зуб по всей
ширине Е невозможно, так как будет срезана режущая кромка смеж-
ного зуба. Шлифовальный круг должен закончить формирование загы-
ловочной поверхности в точке Ь (рис. 3.16). Тогда на участке М
образуется седло, опасное тем, что оно сокращает число возможных
переточек зуба. После стачивания зуба по передней поверхности до
некоторой точки с спиночная кромка в точке с! окажется выше режу-
щей кромки в точке с, и фреза не сможет резать, хотя ио прочности
зуба количество переточек не исчерпано. Поэтому седло М надо
удалить. Делают это резцом, снимая затылок Кх на токарно-затыловоч-
ном станке до закалки фрезы. Образование затылка Кх можно совме-
стить с образованием К, использовав специальный комбинированный
кулачок. В случаях, когда припуск под последующее шлифование не-
большой (зуб фрезы не крупный), резцом делают только один затылок
Кх на всей ширине зуба, а затылок К образуют шлифованием.

Рис. 3.15. Двойное затылование Рис. 3.16. Шлифование затылка зуба
зуба фасонной фрезы фасонной фрезы

Наибольшая длина профиля затыловочных резцов при радиаль-
ном затыловании — 70—80 мм, редко 100—150 мм. Если длина
профиля затылуемого изделия больше, то затылование производят
несколькими фасонными резцами с перекрытием профилей или с
дополнительной продольной подачей по копиру токарного резца для
копировальных работ.
Наиболее сложным является затылование червячных модульных
фрез. Два из них, черновое и чистовое, делают резцами до закалки
фрезы, а последующие два, черновое и чистовое, — шлифовальным
кругом после закалки и отпуска.

Черновое затылование резцом производят за две-три операции или
перехода,

♦ затылование по наружному диаметру;

♦ затылование по профилю с двух сторон одновременно (л?<6 мм)
или по правой и левой сторонам отдельно (т>6 мм).

Чистовое затылование резцом, независимо от модуля фрезы, вы-
полняют раздельно по каждой из поверхностей:

♦ по наружному диаметру;

♦ по профилю с правой стороны;

♦ по профилю с левой стороны;

♦ технологической канавки в межзубной впадине;

♦ скругление но дуге вершины зуба с правой стороны;

♦ скругление по дуге вершины зуба с левой стороны

Затылование шлифованием производят на универсальном токарно-
затыловочном станке после установки на нем шлифовальной головки
или на специальном шлифовально-затыловочном. При черновом шли-
фовании зуб затылуют по наружному диаметру и раздельно по правой
и левой сторонам профиля. Чистовое затылование содержит те же
операции или переходы чистового затылования резцом за исключени-
ем затылования технологической канавки.

По наружному диаметру зубья затылуют периферией плоскопарал-
лельного круга или торцом конического чашечного. Боковые стороны
зуба образуют по трем схемам (рис. 3,17). Наиболее производитель-
ная обработка дисковым кругом (рис. 3 17, а), а наиболее точная —
чашечным (рис. 3.17, б). Пальцевый круг (рис. 3.17, в) наименее
производительный, так как его диаметр мал. Используют при затыло-
вании 4>Рез модулем свыше 15 мм.

Профилирование и правку шлифовальных кругов выполняют алма-
зом с использованием специальных приспособлений.
Рис, 3 17 Схемы затылования шлифованием зубьев червячных модульных
фрез* а — дисковым кругом; б — чашечным кругом, в — пальцевым кругом

Контрольные вопросы

1. Методы обработки фасонных линейчатых поверхностей и фасон-
ных поверхностей вращения.

2. Образование рифлений на ножах и в пазах корпусов сборных инст-
рументов.

3. Станки и их настройка для фрезерования стружечных канавок.

4. Обработка зубьев круглых и шлицевых протяжек.

5 Схемы образования и шлифования зубьев долбяков.

6. Технология затылования зубьев инструментов до и после закалки
и отпуска.

3.4. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

3.4.1. Назначение и виды термической обработки

Термическая обработка формирует физико-механические свойства
инструмента: теплостойкость, прочность, твердость, износостой-
кость. Для изготовления инструмента используют такие виды термичес-
кой обработки, как отжиг, закалка, отпуск, химико-термическая обра-
ботка, При неправильно выбранных или при нарушении заданных режи-
мов термической обработки инструмент может оказаться вообще нера-
ботоспособным. Поэтому высокая культура термической обработки, осо-
бенно закалки и отпуска, предопределяет высокое качество инструмента.

3.4.2. Отжиг

Отжиг осуществляют для снятия внутренних напряжений и пониже-
ния твердости после горячей обработки давлением (прокатка, ковка,
штамповка) и сварки заготовок. Перед повторной закалкой инструмен-
тов, если первичная выполнена неправильно, инструменты также отжи-
гают. Для этого заготовку или инструмент нагревают до температуры
830—850 °С, выдерживают при этой температуре 3—4 часа, а затем
охлаждают с различными скоростями. Приблизительный режим отжига
быстрорежущей стали представлен диаграммой рис. 3.18. Более пред-
почтительный — изотермический отжиг по диаграмме рис. 3.19.

0^56450 Уох^ЗО-Ы'Лас 0° С [850-870

750-760

\?ох=А0-5О%0с
600
Охлаждение
на боьдухе

400-500
Охла*д&ше
на&оьдухе

О 3 6 10 0 3 6 9

брома I нас бремя, нас

Рис 3 18. Отжиг быстрорежущей
стали. Иох—скорость
охлаждения, град/час

Рис. 3.19. Изотермический отжиг
быстрорежущей стали К х— скорость
охлаждения, град/час

Повышение температуры отжига и увеличение выдержки при этой
температуре способствуют более полному растворению карбидов в
аустените. После закалки и отпуска получается более легированный
мартенсит, что повышает красностойкость инструмента. Однако уве-
личивается опасность окисления и обезуглероживания поверхностных
слоев заготовки или инструмента. Поэтому обычно стремятся сокра-
щать время нагрева стали при высоких температурах.
Для повышения пластичности быстрорежущей стали перед холод-
ной обработкой давлением (волочение, редуцирование, ротационное
обжатие, прокат тонких листов, рубка, штамповка) рекомендуют тер-
мическую обработку, занимающую промежуточное место между от-
жигом и неполной закалкой. Сталь нагревают до 720—780 °С, выдер-
живают при этой температуре один час, после чего охлаждают в
масле или на воздухе.

3.4.3. Закалка

Цель закалки — увеличить твердость инструмента, превратив
исходную перлитную структуру быстрорежущей стали в мартенсит.
Для этого необходимо исходный перлит превратить в аустенит, нагре-
вая сталь до температуры аустенитных превращений. Затем сталь
быстро охлаждают в масле до температуры мартенситных превра-
щений, чтобы аустенит не превратился в промежуточные структуры.
После этого охлаждение должно быть медленным, чтобы обеспечить
более полный распад аустенита.

Нагрев. Быстрорежущая сталь обладает пониженной теплопро-
водностью. Поэтому нагрев до закалочной температуры 1200—1300 °С
необходимо осуществлять медленно, для того чтобы избежать появ-
ления закалочных трещин — следствия высоких внутренних растяги-
вающих напряжений в сердцевине инструмента от разности объемов
горячих поверхностных слоев инструмента и относительно холодной
сердцевины. Инструмент сначала медленно подо1ревают до темпера-
туры 780—840 °С, а затем быстро нагревают до окончательной тем-
пературы. Быстрый нагрев уменьшает рост зерна стали и обезуглеро-
живание поверхностных слоев инструмента. Крупногабаритные и фа-
сонные инструменты подогревают дважды, сначала до 400—500 °С,
а затем до 780—840 °С.

Температура окончательного нагрева, продолжительность подогре-
ва и окончательного нагрева зависят от целого ряда факторов:
а) требуемых физико-механических свойств инструмента;

б) химсостава стали;

в) теплоемкости и теплопроводности стали,

г) продолжительности фазовых превращений и процессов растворе-
ния карбидов в аустените;
д) физических свойств нагревающей среды;

е) конфигурации и размера нагреваемого инструмента.

Поэтому режим термической обработки назначают и эксперимен-
тально проверяют не только для конкретного инструмента из стали
данной марки, но и для каждого номера плавки стали этой же марки,
и даже для каждого проката стали той же плавки. Установленный
таким образом режим нагрева строго контролируется и поддержива-
ется. Например, отклонение температуры нагрева допускается в пре-
делах ± 10°С. Время выдержки при окончательном нагреве быстро-
режущей стали в хлорбариевых ваннах 6—7 с на каждый миллиметр
сечения инструмента, а в печах с газовой средой 10—12 с. Темпера-
тура окончательного нагрева, в зависимости от марки стали, колеб-
лется в пределах 1200—1300 °С. Уточненные значения температуры
и времени выдержки при нагреве под закалку можно найти в специ-
альной литературе, например, [14; 170]. Инженеру-механику важно
знать, что повышение температуры окончательного нагрева и увели-
чение времени выдержки при этой температуре способствует более
полному растворению карбидов. В результате после закалки и отпус-
ка получаем более легированный мартенсит, что повышает твердость
и теплостойкость инструмента. Однако при этом увеличивается опас-
ность окисления и обезуглероживания поверхности инструмента,
структура металла становится крупнозернистой, появляется ледобу-
ритная сетка, что понижает прочность инструмента. Кроме того,
уменьшение содержания свободных карбидов в стали вследствие их
более полного растворения понижает износостойкость инструмента.
Поэтому повышенные температуры нагрева и увеличенные выдержки
можно рекомендовать лишь для простых инструментов, работающих
с высокими скоростями, например, для резцов общего назначения.
Для сложнорежущих и мелкопрофильных инструментов, протяжек,
зуборезных, резьбонарезных и других подобных инструментов такой
нагрев неприемлем.

Охлаждение. Выбор метода охлаждения и охлаждающих сред
зависит от состава стали, сложности инструмента и требуемых
свойств.
Охлаждение до температуры мартенситного превращения следуем
вести быстро, чтобы аустенит не превратился в промежуточные
структуры. Для каждой марки стали существует своя постоянная
скорость охлаждения, а стала быть, и своя охлаждающая среда.

Охлаждение в интервале температур мартенситного превращения
(300—200 °С) следует вести более медленно, так как при быстрых
структурных превращениях объем металла изменяется быстро, что
может явиться причиной появления трещин. Поэтому для разных
марок сталей и форм инструмента чаще всего применяется комбини-
рованное охлаждение: сначала в одной среде, а затем в другой.

Охлаждающими средами могут быть: вода, масло, расплавы и
растворы солей, щелочей, воздух.

Инструменты из углеродистой стали сложной конфигурации снача-
ла охлаждают в воде до температуры 300—250 °С, а затем в масле.
Простые инструменты охлаждают только в воде.

Быстрорежущие инструменты простой формы охлаждают в масле,
а небольшого поперечника (3—5 мм) даже на спокойном воздухе или
под вентилятором.

Инструменты сложной формы, фасонные, подвергают ступенчатой
закалке, т.е. комбинированному охлаждению, с целью снижения де-
формаций и возможности появления трещин. Сначала инструмент
охлаждают в расплавленной калиевой селитре (хуже — в натриевой,
разъедает инструмент) до температуры 500—450 °С с выдержкой при
этой температуре 2—5 мин, в зависимости от сечения инструмента.
Это область температур наибольшей устойчивости аустенита. Затем
инструмент охлаждают на воздухе.

Для инструментов особо сложной формы, а также крупных разме-
ров и большой длины рекомендуется изотермическая закалка^ значи-
тельно уменьшающая внутренние напряжения и деформацию. При этом
инструмент сначала охлаждают в соли с температурой 250—300 °С,
выдерживают 40—60 мин., а затем на воздухе. Если температура
соли 200—250 °С, то выдержка при этой темперагуре 30—40 мин,
дальнейшее охлаждение на воздухе. Охлаждающая среда — смесь
едких щелочей №ОН и КОН в различной пропорции в зависимости
от требуемой температуры. Можно использовать смесь селитр К1ЧО3
(56 %) и №МО3 (44 %).
Светлая закалка. Нагрев инструмента обычный, в соляных ван-
нах, а охлаждение в растворе щелочей: 80 % КОН + 20 % МаОН +
+ 6 частей воды на 100 частей щелочей. Чтобы поверхность инстру-
мента не была пятнистой, перед нагревом его обезжиривают в горячем
растворе следующего состава: на 1 л воды 250 г №ОН и 15 г №3РО4.
Затем инструмент высушивают при температуре 400—500 °С и только
после этого переносят в ванну для нагрева под закалку, так как
попадание влаги в соляную ванну может вызвать взрыв и выплески-
вание солей. После охлаждения инструмент промывают в горячей
воде для удаления солей и высушивают или сразу же отпускают.
Такая промывка с просушкой предохраняет инструмент от коррозии.

3.4.4. Отпуск

Нормальный отпуск. После закалки быстрорежущей стали в ее
структуре остается около 20 % аустенита. В результате — пониженная
твердость инструмента. Кроме того, во время работы инструмента под
воздействием температуры резания аустенит как бы самопроизвольно
распадается, превращаясь в мартенсит. Казалось бы, это неплохо. Но
беда в том, что при таких структурных превращениях изменяется
объем стали, причем только в отдельных частях инструмента. Воз-
никают внутренние напряжения, которые, складываясь с напряжени-
ями от действия сил резания, могут привести к поломке инструмен-
та. Таким образом, прочность инструмента понижена. Понижена
также и износостойкость, так как аустенит мягкий и быстро разма-
зывается по детали. Поэтому оставшийся после закалки аустенит
необходимо перевести в мартенсит. Этой цели служит отпуск. Зака-
ленные инструменты загружают в печь, нагревают до 525—575 °С,
выдерживают 1,0—1,5 часа и выгружают для остывания на воздухе.
Так повторяют два-три раза, т.е. делают двух-, трехкратный отпуск.
В это время происходит превращение остаточного аустенита в мар-
тенсит и выделение мелкодисперсных, устойчивых против коагуляции
карбидов, что вызывает дисперсионное твердение, называемое вшо-
ричной /пвердостъю. В результате остается 2—3 % аустенита, повы-
шается твердость инструмента на 2—3 единицы НКСэ. Во время
последнего отпуска окончательно снимаются внутренние напряжения,
что является второй задачей отпуска. Первая задача — перевод
остаточного аустенита в мартенсит.

Обработка холодом» Сразу после закалки инструмент можно
обработать холодом в жидком азоте (—197 °С) или в твердой углекис-
лоте, растворенной в бензине (-80... -100 °С). После такой обработки
в стали практически не остается аустенита и можно обойтись только
одним отпуском для снятия внутренних напряжений. Кроме того, об-
работка в жидком азоте даже готового инструмента повышает его
стойкость тем значительнее, чем больше нарушен режим термообра-
ботки инструмента.

Высокий отпуск. Задние поверхности многих инструментов пос-
ле закалки и отпуска не шлифуют, как, например, у стандартных
фасонных фрез, резьбонарезных гребенчатых фрез, резьбонарезных
плашек. Не шлифуют фасонные поверхности инструментов, если в
инструментальном цехе конкретного завода по той или иной причине
сделать это невозможно. Тем не менее шероховатость таких поверх-
ностей должна быть минимальной, и ее надо обеспечить лезвийной
обработкой. Для этой цели делают неполную закалку инструмента с
последующим высоким отпуском. на!рев до 920—950 °С, охлаждение на
воздухе или в масле и высокий отпуск при температуре 700—720 °С.
После отпуска сталь имеет твердость 260—270 НВ, несколько труд-
нее обрабатывается, но обеспечивает меньшую шероховатость обра-
ботанной поверхности.

Такой закалке с высоким отпуском подвергают также протяжки
перед чистовой лезвийной обработкой, хотя после последующей нор-
мальной закалки и отпуска их шлифуют.

Высокий отпуск делают лапкам конусов инструментов и ушкам
ножовочных полотен для понижения их твердости.

Низкий отпуск. Его проводят при температурах 200—250 °С для
ответственных режущих инструментов, например, внутренних протя-
жек, чтобы исключить их поводку во время эксплуатации под дей-
ствием остаточных внутренних напряжений. Такому огпуску подвер-
гают уже готовые инструменты или инструменты перед чистовым
шлифованием.
3.4.5. Нагревательное оборудование для термической |

обработки 1

В настоящее время промышленность располагает большим арсена- I
лом нагревательного оборудования, которое можно использовать в ин- I
струментальном производстве. Это прежде всего камерные печи — I
газовые, мазутные и электрические, шахтные электрические печи, I
конвейерные методические печи, печи с восстановительной или ней- 1
тральной атмосферой, печи-ванны, установки ТВЧ с ламповыми и I
машинными генераторами. Выбор печей определяется развиваемой I
ими температурой нагрева и наличием в конкретном цехе. Если есть 1
возможность пополнения или замены оборудования, а также в случае I
вновь проектируемого производства выбор печей должен быть опти-
мальным, как и при решении любых других задач. Это значит, что
выбранная печь должна обеспечить минимальные затраты при высо-
ком качестве выполнения операции нагрева. Качество лучше всего
оценить по дефектам инструмента, связанным с нагревом.

Во время отжига длительная выдержка инструмента при высокой
температуре особо опасна обезуглероживанием и глубоким окислени-
ем поверхности заготовок или инструментов. Поэтому целесообразны
камерные, шахтные и конвейерные печи с нейтральной атмосферой. I
Лучшим вариантом является использование иечей с программным
обеспечением режима отжига и нейтральной атмосферой. Такие печи
обычно используют в серийном и массовом производстве. В условиях
единичного производства отжиг заготовок инструмента выполняют в
обычных камерных или шахтных печах без защитной атмосферы.
Для уменьшения обезуглероживания, что особенно важно при малых
припусках под последующую механическую обработку, заготовки или
инструменты перед повторной закалкой, если первая некачественная,
укладывают в металлические ящики и засыпают карбюризатором: 50 %
древесного угля и 50 % чугунной стружки. Ящики загружают в печь
и производят отжиг, при котором поверхности изделий даже несколько
науглероживаются.

При нагреве под закалку опасны окисление и обезуглероживание
поверхности инструмента, а также недогрев и перегрев, вызываемые
нарушением температурно-временного режима. Недогрев из-за пони-
Раздел 3. Производство режущих инструментов
женной температуры или недостаточной выдержки уменьшает твер-
дость и красностойкость инструмента, а перегрев — прочность по
причине роста зерна стали. При значительном перегреве, его называ-
ют пережогом, возможно межкристаллическое окисление металла и
окончательный брак. Увеличенный окисленный или обезуглерожен-
ный слой, больший установленного припуска под последующую об-
работку, также приводит к браку инструмента. Закладка в техпро-
цесс повышенных припусков экономически невыгодна, так как уве-
личиваются расход быстрорежущей стали и трудоемкость последу-
ющих операций но изготовлению инструмента. Поэтому печи для
нагрева под закалку еще в большей степени, чем для отжига, не
должны допускать окисления и обезуглероживания поверхностей ин-
струмента. Здесь обязательна нейтральная среда и автоматическое
поддержание температуры нагрева, желательно и времени нагрева,
г.е. печи должны быть оснащены устройствами, автоматически
поддерживающими температурно-временной режим нагрева Такие
печи оптимальны как с точки зрения качества, так и производитель-
ности термообработки.

Предпочтительными и наиболее распространенными являются
печи-ванны:

а) высокотемперагурные хлорбариевые с электродным разогревом
ВаС12 для окончательного нагрева быстрорежущею инс1румента
под закалку;

б) среднетемпературные соляные ванны (77,5 % ВаС12 + 22,5 % №С1)
с электродным или тигельным разогревом нагревающей среды.
Применяются для подогрева быстрорежущего инструмента или
окончательного нагрева под закалку инструментов из углеродистой
и низколегированной сталей;

в) низкотемпературные соляные ванны с тигельным разогревом на-
гревающей среды из калиевой и натриевой селитр или из раствора
едких щелочей. Пригодны для охлаждения инструмента при сту-
пенчатой закалке или для отпуска закаленного инструмента.

Расплавы или растворы солей в этих ваннах нейтральны, но тем не
менее могут окислять нагреваемые инструменты кислородом, зане-
сенным самими инструментами. Поэтому ванны периодически рас-
кисляют: высокотемпературные — молотым Ее8( или бурой, а сред-
нетемпературные — бурой или желтой кровяной солью.

Для подогрева быстрорежущего инструмента перед окончатель-
ным нагревом под закалку можно использовать одно- и двухкамерные
печи с мазутным или газовым обогревом. Газы — продукт сгорания
топлива — создают в печи атмосферу, близкую к нейтральной. В
первой камере, где сгорает топливо, производят второй подогрев, а во
второй, обогреваемой горячими отходящими газами, — первый.

Дефектом отпуска является недоотпуск, характеризуемый повы-
шенным содержанием аустенита в структуре быстрорежущей стали и
являющийся следствием нарушения температурно-временного режи-
ма нагрева или охлаждения. Обезуглероживание и окисление поверх-
ности не опасно, так как температура нагрева инструментов относи-
тельно низкая. Поэтому для отпуска можно использовать любые
печи, обеспечивающие и строго поддерживающие требуемую темпе-
ратуру. Наиболее удобными и чаще всего используемыми являются
шахтные печи с атмосферной средой. Инструмент загружается в них
корзинами.

Глубокие шахтные печи с установкой под полом используются как
для отпуска протяжек, так и для их нагрева под закалку. Для умень-
шения деформаций протяжки в печи подвешивают. Защиту от обезуг-
лероживания и окисления при нагреве под закалку обеспечивают с
помощью обертки асбестом, а также покрытием протяжки расплав-
ленной бурой при окончательном нагреве.

Установки ТВЧ позволяют получить поверхностную закалку при
вязкой сердцевине. Эго важно для инструментов, обладающих малой
прочностью. Такие установки используются главным образом для
закалки инструментов из углеродистых и низколегированных сталей, у
которых относительно большой интервал закалочных температур. У
высоколегированных быстрорежущих сталей интервал закалочных
температур малый: 20—25 °С для стали Р9 и 10—20 °С для стали
Р18, в то время как для сталей ХВ, ХГСВ — 50 °С. Его трудно
выдержать при нагреве на ТВЧ, так как скорость нагрева очень
высокая. Поэтому установки ТВЧ редко используются для нагрева
под закалку инструментов из быстрорежущей стали. С другой сторо-
Раздел 3, Производство режущих инструментов
ны, высокая скорость нагрева является положительным фактором,
она несколько расширяет интервал закалочных темпера!ур, что по-
зволило в свое время Минскому и Киржачскому (Российская Федера-
ция) инструментальным и Златоустовскому металлургическому
(Российская Федерация) заводам освоить закалку сегментов из стали
Р9 на установках ТВЧ.

Установки ТВЧ выгодны в том отношении, что обеспечивают
чистоту рабочего места и могуг быть встроены в поточные и авто-
матические линии. Известны автоматы для закалки ТВЧ напильников
и метчиков.

На Московском заводе “Фрезер” используются полуавтоматичес-
кие агрегаты для закалки и отпуска резьбонарезных плашек, метчи-
ков, сверл с набором различного оборудования, ванн, печей, располо-
женных в последовательности технологического процесса термичес-
кой обработки.

3.4.6. Обеспечение качества термической обработки

После термической обработки инструмент должен обладать над-
лежащими твердостью и микроструктурой металла, не иметь повы-
шенного окисления и обезуглероживания поверхностных слоев, а так-
же коробления сверх допустимых норм. Заданные твердость и мик-
роструктура металла инструмента обеспечивают ему оптимальное
сочетание прочности, износостойкости и красностойкости в конкрет-
ных условиях применения. Толщина дефектного поверхностного слоя
и коробление инструмента влияют на величину припуска под послед-
нюю механическую обработку, а стало быть, на расход режущего
материала и трудоемкость абразивной обработки. С увеличением
этих дефектов себестоимость инструмента возрастает, а в некоторых
случаях его изготовление становится невозможным, как при чрезмер-
ном короблении. Поэтому мероприятия по обеспечению качества тер-
мической обработки должны быть нацелены на выполнение указан-
ных требований, позволяющих инструменту стать оптимальным по
минимуму приведенных затрат.

Надлежащую твердость и микроструктуру стали можно обеспе-
чить отработкой режима закалки и отпуска инструмента на пробных
образцах из стали каждой конкретной марки, плавки и проката, а
также строгой выдержкой этого режима во время термической обра-
ботки. Оборудование для нагрева должно быть оснащено устройства-
ми автоматического контроля и поддержания установленной темпера-
туры. Для соляных закалочных ванн используют радиационные пиро-
метры, а для отпускных ванн и печей — электронные приборы с
термопарами. Нарушение выдержки нагрева при ручной закалке впол-
не возможно. Поэтому целесообразна автоматизация этого процесса
путем создания соответствующих линий. Для недопущения брака при
закалке выборочно контролируют твердость и микроструктуру. Каче-
ство отпуска быстрорежущей стали проверяют по микроструктуре,
твердости и излому пробных образцов. Количество остаточного аус-
тенита определяют специальными магнитными анализаторами — аус-
тенитометрами (аустенит немагнитен).

Недопущение окисления и обезуглероживания поверхности инстру-
мента достигается нагревом его в печах с восстановительной или
нейтральной атмосферой. Высокотемпературные соляные печи-ванны
периодически раскисляют ферросилицием или бурой, а среднетемпе-
ралурные — бурой или желтой кровяной солью. Оценить толщину
дефектного слоя можно микроструктурным анализом под металло-
графическим микроскопом.

Повышенное коробление свойственно инструментам сложной фор-
мы, а также с длинным и тонким телом. Это — резьбонарезные
инструменты, протяжки, ножовочные полотна, сверла, отрезные и
прорезные фрезы. Для уменьшения коробления используются изотер-
мическая закалка и специальные методы нагрева и охлаждения во
время закалки и отпуска.

Стержневые инструменты нагревают и погружают в охлаждаю-
щую среду строго по продольной оси, а остальные — вдоль оси
малого сечения. Во время охлаждения инструмент перемещают
вверх-вниз, чтобы разорвать паровую рубашку, которая образуется
вокруг инструмента, охлаждаемого в испаряющихся средах. Паровая
рубашка не позволяет обеспечить нужную и равномерную скорость
охлаждения со всеми вытекающими последствиями, главные из кото-
Р аздел 3. Производство режущих инструментов
рых — коробление и недостаточная или пятнистая твердость инстру-
мента.

Сверла с цилиндрическими хвостиками охлаждают прокатыванием
между двумя стальными или чугунными плитами с внутренним ох-
лаждением водой.

Фрезы отрезные и прорезные после окончательного нагрева под
закалку охлаждают под прессом с обдувкой воздухом. Пресс самый
примитивный. Представляет собой массивное чугунное основание в
виде плиты, на которую кладут небольшие пакеты нагретых фрез, а
сверху с легким ударом “накрывают” тяжелым стальным цилиндром

Протяжку сразу после охлаждения в масле кладут на призмы и
индикатором проверяют ее биение. Если необходимо, в этих же призмах
ручным прессом протяжку правят, устраняя избыточную кривизну.

Во время отпуска также возможна правка инструмента. Например,
машинные ножовочные полотна из быстрорежущей счал и выпрямля-
ют в рамках типа тисков. В таком заневоленном состоянии ножовоч-
ные полотна загружают в отпускную печь, нагревают до температу-
ры отпуска, выдерживают нужное время и выгружают на воздух для
остывания вместе с рамками.

Горячая правка ножовочных полотен, протяжек, сверл, совмещенная
с закалкой или отпуском, наиболее рациональна, так как во время
структурных превращений инструмент счремится сохранить свое со-
стояние, приданное заневоливанием или правкой. Возможна правка ин-
счрумента с дополнительным нагревом после закалки и отпуска. Эго
хуже, чем правка, совмещенная с закалкой и отпуском. Здесь пресле-
дуется цель обеспечения правки без разрушения инструмента. Правка
возможна и в холодном состоянии, но только в случаях, когда деформа-
ция инструмента незначительная. Применяется в основном для мелкого
инструмента с использованием при этом молотка весом 1,5 или 3 кг

3.4.7. Очистка инструмента после закалки и оз пуска

После термической обработки поверхности инструмента загрязне-
ны окислами, солями ванн, иногда маслом, которые затрудняют даль-
нейшую механическую обработку инструмента и являются очагами
коррозии. Поэтому инструмент подвергаю!’ очистке.
Химическая очистка осуществляется до полного удаления солей.
Особенно эффективна, если соли необходимо удалить из щелей и пор.

Последовательность очистки:

1) кипячение в воде 20—30 мин для удаления грязи и следов масла;

2) травление в 15—18-процентной соляной кислоте для удаления окис-
лов;

3) нейтрализация кислоты:

а) промывка в холодной проточной воде;

б) промывка в 1-процентном содовом растворе при температуре
70—90 °С в течение 5—10 мин;

4) пассивирование в содово-натриевом растворе для защиты от кор-
розии.

Гидрополирование выполняется на агрегатах барабанного и ка-
русельного типов струей жидкости со взвешенными в ней частицами
абразива.

Состав рабочей жидкости:

♦ электрокорунд зернистостью 16—10 — 20 кг;

♦ сода кальцинированная (№2 СО3) — 200 кг;

♦ нитрит натрия (№1ЧО2) — 0,75 —1,00 кг;

♦ вода — 50 л.

Используется не только для очистки инструмента после терми-
ческой обработки, но и для подготовки его под гальванические
покрытия. Обработанная поверхность очень чистая, зависит от зер-
нистости абразива и устойчивая от коррозии, так как покрывается
пассивной пленкой из нитрита натрия, находящегося в растворе ра-
бочей жидкости.

Контрольные вопросы

1. Виды термической обработки и их назначение.

2. Технология нагрева и охлаждения быстрорежущих инструментов в
процессе закалки.

3. Разновидности закалки быстрорежущих инструментов.

4. Назначение и технология нормального отпуска быстрорежущих
инструментов после закалки.

5. Назначение и режимы высокого и низкого отпуска.
6. Оборудование для подогрева, нагрева и отпуска инструментов в
процессе термической обработки. Их сравнительные достоинства
и недостатки.

7. Предохранение инструментов от окисления при нагреве под закал-
ку и коробления при термической обработке.

8. Правка инструментов во время и после термической обработки.

9. Дефекты в инструменте в связи с нарушением режимов закалки
и отпуска. Способы поддержания режимов.

10. Технология очистки инструмента после закалки и отпуска.

3.5. ЗАТОЧКА И ДОВОДКА ИНСТРУМЕНТОВ

3.5.1. Заточка и доводка — операции,
окончательно формирующие качество инструмента

После термической обработки инструменты шлифуют, затачивают
и доводят.

Заточка — процесс шлифования двух пересекающихся поверхно-
стей инструмента, образующих режущую кромку.

Доводка — тонкая заточка, окончательно формирующая качество
рабочих поверхностей инструмента, остроту и геометрию его режу-
щих кромок.

Эти финишные операции даже с формальной точки зрения оконча-
тельно формируют качество инструмента. Но далеко не формальная
сторона здесь главная. Эти операции, особенно заточка, способны
окончательно испортить инструмент, качественно выполненный на
предыдущих операциях, или понизить его ожидаемую стойкость
в 3—11 раз. Таким образом, без преувеличения можно сказать, что
качество инструмента формируют термическая обработка и заточка.
Термическая обработка и предотвращение ее дефектов рассмотрены
выше. Здесь важно выяснить дефекты заточки, причины их возникно-
вения и методы недопущения или устранения дефектов.

3.5.2. Дефекты заточки и методы их недопущения или
устранения

Рассмотрение начнем с дефектов самых простых по причинам
возникновения и методам недопущения.
Не выдержаны заданные углы заточки. В результате низкая
стойкость инструмента. Исследованиями выявлено, что отклонение
от оптимальных значений заднего угла на 2° понижает стойкость
резцов в 2 раза, фрез — в 5 раз, а отклонение переднего угла на 5°
понижает стойкость резцов в 3 раза, а фрез в 2 раза. Аналогичное
влияние отклонений остальных углов заточки. Чтобы выдержать при
заточке заданные углы, необходимо произвести правильную настрой-
ку станка и приспособления.

Не выдержана точность формы и расположения рабочих
поверхностей и режущих кромок инструмента. Здесь подразу-
мевается точность формы задней и передней поверхностей инстру-
мента. а также радиальное и торцовое биение режущих кромок.

Биение режущих кромок понижает стойкость инструмента, так как
его зубья неравномерно нагружены. Толщина среза высокими зубьями
больше, чем низкими. Превышение предыдущего зуба над последую-
щим на величину а влияет на стойкость этого зуба, как и увеличение
толщины среза или подачи на это же значение. Затупление хотя бы
одного-двух перегруженных зубьев требует переточки инструмента,
хотя остальные зубья могут быть острыми. Интенсивно затупляться
мо1уг не только высокие, но и низкие зубья из-за повышенного трения.
Если, например, последующий зуб ниже предыдущего на величину
подачи на зуб или чуть меньше этого значения, то он нс будет резать.
Срезы толщиной меньше 0,005—0,010 мм невозможны. Зуб будет те-
реться о поверхность резания, испытывая с ее стороны большое нор-
мальное давление, и интенсивно изнашиваться.

Нарушение формы задних поверхностей фасонных инструментов
понижает точность обработанных ими деталей. Допущенные ошибки
профиля инструмента переносятся на деталь в масштабе 1:1.

Сильно влияют на стойкость макроотклонения формы передних и
задних поверхностей вблизи режущих кромок, так как непосредствен-
но на рабочих участках этих поверхностей не выдерживаются углы
заточки. Даже у таких простых инструментов, как резцы, где очень
простые формы передней и задней поверхностей (плоскости), “зава-
лы” этих плоскостей у режущих кромок уменьшают значения перед-
них ур и задних ар углов вплоть до отрицательных значений (рис. 3.20).
“Завалы” самих режущих кромок (рис» 3.21), когда радиус округ-
ления режущей кромки р значительно больше, чем у нормально зато-
ченного инструмента (норма 10—15 мкм, а при тщательной доводке
можно получить 3—5 мкм), также понижают стойкость инструмента.
Кроме того, они влияют на точность обработки через упругое восста-
новление обработанной поверхности и упругие деформации технологи-
ческой системы.

Рис. 3 21. Завалы режущих кромок
по дуге радиусом р

У — уступ в стружечной канавке

Рис 3.20 Влияние “завалов” пере-
дней и задней поверхностей резца на
величину рабочих углов
а <а;у <у
р ’ 1 р *

Порожки, уступы, “У”, на поверхностях стружечных канавок мно-
голезвийных инструментов (рис. 3.21) приводят к неправильному фор-
мированию стружки и ухудшают ее размещасмость в канавках.

Отклонения формы фасонных задних поверхностей, формы стру-
жечной канавки и биение режущих кромок инструмента являются
следствием неправильной настройки операции заточки, в том числе
профилирования абразивного круга. Кроме того, они зависят от нерав-
номерного износа круга.

“Завалы” рабочих поверхностей и режущих кромок вызваны не-
равномерным износом круга, своеобразной выработкой круга в зоне
постоянного контакта с загачиваемым инструментом (см. рис. 3.21).
Биение режущих кромок инструмента зависит от настройки опера-
ции и интенсивности износа шлифовального круга, а также погрешно-
стей расположения технологических баз при заточке относительно
установочных на рабочем станке. Естественно, если последняя по-
грешность имеет место, то биение режущих кромок инструмента,
установленного на станке, будет всегда. Биение режущих кромок
формируется неправильной установкой инструмента при заточке. До-
полнительным источником появления биения кромок является интен-
сивный износ круга, что приводит к нарастанию высоты зуба от
первого к последнему затачиваемому.

Учитывая изложенное, нетрудно прийти к выводу, что для устране-
ния указанных дефектов заточки инструмента необходимо точно про-
филировать и чаще править абразивный круг, правильно настраивать

заточную операцию, а в конце заточки выполнять выхаживание,
т.е. заточку без поперечной подачи, что особенно важно для умень-
шения биения режущих кромок инструмента.

Зазубрины режущих кромок. Свойственны инструментам из
хрупких режущих материалов: твердого сплава, минералокерамики,
сверхтвердых материалов. Предел прочности на растяжение у
хрупких материалов низкий. Заточной
круг, сбе1ая с режущей кромки в направ-
лении б (рис. 3.22), вырывает отдельные
частицы материала инструмента (“вы-
бивает” их), и на режущей кромке обра-
зуются зазубрины, являющиеся началом
дальнейшего разрушения кромки. Кроме
того, инструментами с зазубринами кро-
мок нельзя выполнять чистовую и тон-
кую обработку. Для недопущения зазуб-
рин круг должен набегать на режущую
кромку (направление а на рис. 3.22) и
заставлять материал инструмента у са-
мой кромки работать на сжатие, которо-
му хорошо сопротивляются все матери-
алы, в том числе и хрупкие.

Рис 3 22 Заточка резца по
задней главной поверхности
а — правильно;

б — неправильно
Большая шероховатость заточенных поверхностей — следствие
использования крупнозернистых кругов и отсутствия выхаживания.
Поэтому для уменьшения шероховатости необходимо использовать
мелкозернистые круги, выхаживание и доводку. Доводка инструмента
обеспечивает шероховатость 0,16—0,32 Ка и округление режущих
кромок дугой радиусом р=5—10 мкм. Стойкость инструментов с
уменьшением шероховатости рабочих поверхностей повышается, хотя
здесь нет прямой причинно-следственной связи. Влияние шероховато-
сти на стойкость в основном кажущееся. Стойкость инструмента
повышается от бесприжоговой заточки, при которой одновременно
уменьшается и шероховатость заточенных поверхностей.

Прижоги. При неправильном выборе абразивного круга и режима
заточки в зоне шлифования могут возникать высокие температуры
(до 700—1200 °С). Они значительно ухудшают исходные режущие
свойства инструментального материала в слоях на глубине до деся-
тых долей миллиметра. Это явление называют прижогами. Их мож-
но обнаружить по цветам побежалости сразу после заточки. В зави-
симости от температуры в зоне шлифования поверхность инструмен-
та приобретает цвет от светло-соломенного до синего, темно-синего,
почти черного при температурах свыше 1000 °С. В результате в
поверхностных слоях стальных инструментов происходят структур-
ные изменения. Вместо нормальной мартенситной структуры, образо-
ванной закалкой и отпуском, появляются троос го-мартенсит, троостит
и другие более мягкие структурные составляющие, которые быстро
истираются в начальный период работы инструмента. Кроме того,
эти структуры по своему объему меньше мартенситной. Дефектный
поверхностный слой как бы сокращается В нем возникают растяги-
вающие внутренние напряжения. Если они превышают временное со-
противление материала растяжению, то образуются микротрещины
на глубину дефектного слоя или даже сплошные, так называемые
шлифовочные трещины. Возникновению микротрещин способствует
также быстрое охлаждение тончайших поверхностных слоев матери-
ала инструмента после ухода шлифовального круга (теплового источ-
ника). Тончайший поверхностный слой сокращается но сравнению с
относительно горячей более глубокой подкладкой и растрескивается,
не выдерживая растягивающих напряжений. Инструмент с трещина-
ми и микротрещинами практически не работоспособен. Но даже если
трещин и микротрещин нет (температура в зоне шлифования не очень
высокая), растягивающие внутренние напряжения понижают износо-
стойкость инструмента. Они складываются с растягивающими напря-
жениями от изгиба инструмента под действием сил резания и могут
явиться причиной скалывания режущих кромок.

Тончайший поверхностный слой может получить повторную закалку.
Это возможно при температурах в зоне шлифования свыше 900 °С.
Но такой тонкий твердый слой не будет лежать на мягкой подкладке.
Под действием сил резания он продавится. Разрушение поверхност-
ного слоя и износ инструмента будут происходить еще интенсивнее,
так как с .повышением температуры шлифования растет глубина де-
фектного слоя инструмента.

Прижоги и появившиеся с ними дефектные поверхностные слои с
растягивающими напряжениями и низкой твердостью понижают стой-
кость стальных инструментов в три и более раз, а микротрещины с
другими дефектами — до одиннадцати раз.

У твердосплавных инструментов высокие температуры в зоне
шлифования структурных изменений практически не вызывают, если
не считать некоторого легирования и повышения прочности кобальто-
вой связки и некоторых других явлений. Они способствуют появлению
микротрешин и трещин из-за быстрого остывания приповерхностных
слоев твердосплавной пластины после ухода шлифовального круга. В
результате стойкость таких инструментов также понижается до трех
и более раз вплоть до неработоспособности: режущая кромка в про-
цессе работы “осыпается”.

Таким образом, прижоги являются главной причиной понижения
исходных эксплуатационных свойств режущих материалов. Избежать
их можно созданием условий, при которых температуры шлифования не
достигают 600 °С при заточке быстрорежущих инструментов и 250 °С
при заточке инструментов углеродистых и низколегированных. Кроме
того, глубина дефектного слоя будет тем меньше, чем меньше время
воздействия теплового источника.

Уменьшению температуры шлифования способствуют:

а) более мягкие шлифовальные круги. В результате меньше силы
непосредственного резания обновляющимися острыми зернами,
меньше работа резания, меньше выделение теплоты;

б) круги с более открытой структурой. Меньше подвод теплоты от
трения круга об инструмент, особенно при засаливании;
в) повышенная режущая способность круга. Большая острота режу-
щих зерен уменьшает силы резания, работу резания и выделение
теплоты;

г) повышенная теплопроводность круга. Лучше отвод теплоты из
зоны шлифования;

д) меньшая площадь контакта круга с затачиваемым инструментом.
Лучше отвод теплоты в тело инструмента;

е) меньшая скорость шлифования. Меньше подвод теплоты в единицу
времени;

ж) меньшая поперечная подача. Меньше подвод теплоты но причине
уменьшения сил резания;

з) меньшая глубина резания. Уменьшает подвод тепло»ы по причине
уменьшения сил резания;

и) охлаждение зоны шлифования.

Продольная подача оказывает противоречивое влияние на прижо-
ги. С ее увеличением растут силы резания, приводящие к увеличению
подвода теплоты. Мощность теплового иеючника рас!ег, а время его
воздействия на инструмент уменьшается Поэтому есть оптимальные
значения продольных подач.

Изложенное наводит на мысль, что для уменьшения опасности
нрижогов необходимо уменьшать элементы режима заточки и твер-
дость шлифовального круга. Однако уменьшение элементов режима
понижает производительность заточки. К этому приводи» и использо-
вание более мя1жих кругов, так как они быстро теряют форму и их
нужно чаще править. Поэтому стремятся выбирать более твердые
круги и более жесткий режим загочки, но нс такие твердые и жест-
кие, чтобы появились прижоги, т.е желательно работать на грани
прижоговой и бесприжоговой заточки с небольшим перевесом в сто-
рону бесприжоговой. При этом необходимо помнить, ч»о чем тверже
режущий материал затачиваемого инструмента и ниже его теплопро-
водность, тем более мягкими должны быть заточные круги и более
щадящим режим заточки (см. табл. 3.1—3 4).

Если при заточке допущены прижоги, то при достаточном припуске
их можно удалить на операции доводки, трудоемкость которой сейчас
малая, так как выполняется эльборовыми и алмазными кругами.

Мероприятия по недопущению или устранению нрижогов способ-
ствуют также уменьшению шероховатости рабочих поверхностей
инструмента.
420

Таблица 3. / Выбор характеристики абразивных инструментов
для заточки и доводки режущего инструмента

Материал инструмента Вид инструмента Вид операции Характеристика абразивного инструмента
Материал Зернистость Твердость Структура Связка
1 2 3 4 5 6 7 8
Твердый сплав Резцы, фрезы, развертки, сверла, другие инструменты, оснащенные твердым сплавом Заточка предварительная 63С, 64С 63С,64С 25—40 25—40 СМ1—СМ2 СМ2—С2 5—8 К2, КЗ Б, Б2
Заточка окончательная 63С,65С 63С, 64С АСР, АСВ 16—25 16—25 125/100,100/80 М3—СМ1 СМ 1—СМ2 100% К2, КЗ Б,Б2 М1,ТМ2, Б156
Доводка АСО, АСР 64С, 63С 100/80—50/40 5—8 СМ2—С1 50—100% Б1, Б156 Б, Б2, Б1
Быстрорежущая сталь Резцы, фрезы, развертки, сверла, протяжки и тд Заточка предварительная 23А—25Л 25—40 СМ2—С1 5—8 К1,К5, К8
Заточка окончательная 43А—45А 23А—25А 25—40 16—25 М3—СМ1 СМ 1—СМ2 5—8 К5 К1,К5
Доводка ло ЛО 63С, 64С 10—16 5—8 5-6 СМ2—С1 100 % 100% Б1,Б156 КБ, Б1 Б, Б1
Инструментальная, углеродистая Резцы, развертки, сверла и т д Заточка предварительная 23А—25А 43А—45А 25—40 25—40 СМ2—С1 М3—СМ1 5—6 К1,К5,К8 К5
Заточка окончательная 23А—25А 16—25 СМ1—СМ2 5-6 К1,К5
Сталь конструкционная Державки, корпусы Заточка по задн поверхн 15А 40—50 С1—С2 5—6 К1,К8

Шагун В,И Режущий инструмент
Таблица 3.2. Режимы шлифования при заточке и доводке быстрорежущих инструментов

Видипифования Характеристики абразивного инструмента Рекомендуемый режим ниифования
Материал Связка Зернистость Скорость нпифэваиия, м/с Цодольная подача, мЧтин Поперечная подача, мм/дв.хэд
Абразивная заточка предварительная 23Л—25А Керамическая Ю, К5, К8 ”'Ч 25—40 15—20 ОЗ-ЧЛ 0,06-0,08
43Д44А Керамическая К5 25-40 20—25 1,0—2,0 0,06—0,15
Абразивная заточка окончательная 23А—25А Керамическая К1,К5 16—25 20-25 0,5—1.5 0,03-0,05
ЛО Бакелитовая Ы, Б156 10—16 25-35 0.8—1,5 0,03—0,06
Доводка ЛО Бакелитовая Б1.Б156 5-8 25-35 1,0—1.5 0,005-0,010
64С,63С Бакелитовая Б, Б1 5—6 25—35 1,0—1,5 0,005-0,020

Р аздел 3 Производство режущих инструментов
422

Таблица 3 3 Режимы шлифования при заточке и доводке твердосплавных инструментов

Виды шлифования Харак1еристика абразивною инструмента Рекомендуемый режим шлифования
Материал Связка Зернистость Скорое! ь шлифования, м/с Продольная подача, м/мин Поперечная подача. ММ/.1В ход
Алмазная заточка твердосплавных резцов АСР, АСВ Металлическая М1.МВ1 125/100.100/80 80/63 18—25 1,5—3,0 0,04—0.08
АСР, АСВ Керамическая К8 125/100, 100/80 25—30 1,5—2,5 0.03—0.04
АСО, АСР Бакелитовая Б156. Б112, Б1 125/100, 100/80 80/63 18—25 1,5—2,5 0,02—0,05
Алмазная доводка АСО, АСР Бакелитовая Б1,Б156 80/63,63/50, 50/40 18—30 0,3—1,5 0,005—0,010
Абразивная заточка твердосплавных резцов 63С Керамическая К5 40,25 10—18 2.5—5,0 0,03—0,15
Бакелитовая Б1 40,25, 16 12—20 2,5—5.0 0,03—0,15
Заточка глубинная. алмазная АСР, АСВ Металлическая М1,МВ1 125/100, 100/80 17—28 0.03—0,50 0,4—1,5
Органическая Б156 125/100,100/80 17—28 0,03—0.40 0,1—1,5
Вышиифовка канавок, лунок и порожков АСР, АСВ Металлическая М1,МВ1 125/100. 100/80 17—28 0,03—0,05 0,02—0,03

Шагун В. И Режущий инструмент
Таблица 3.4. Абразивные круги и режимы заточки и доводки инструментов, оснащенных СТМ

Материал инструмента Вид шлифования Харакгеристика абразивного инструмента Рекомендуемый режим шлифования
Материал Связка Зернистость Скорость шлифования, м/с Продольная подача, м/мин Поперечная подача, мм/дв ход
Алмазы Заточка черновая АСК АСВ АСР Металлическая МВ1,М20 200/160, 160/125, 125/100 20—25 3,0—4,0 0,01 —0,02
Заточка чистовая Органическая Г02, БП2, БПЗ 100/80, 80/63 25 — 30 > 0,5 —1,0 0,005 — 0,010
Доводка АСО Органическая Б1, ГО2 50/40,40/28, 28/20 20—25 0,5 0,001
Композиты Заточка АСР АСО Органическая П)2, Б1 100/80,80/63 20—30 0,5 —2.5 0,01 —0,06
Доводка 50/40,40/28 25—30 0,5—1,0 0,002

Раздел 3 Производство режущих инструментов
3.5.3. Оборудование, круги, режимы заточки и доводки.
Правка шлифовальных кругов

До недавнего времени инструменты затачивали в основном на
неавтоматизированных универсально-заточных станках (резцы, фре-
зы, плоские протяжки), а некоторые инструменты, такие, как сверла,
зенкеры, метчики, внутренние протяжки и др., — на специальных
станках. В настоящее время спроектированы и выпускается целая
1амма станков-полуавтоматов с программным управлением для за-
точки конкретных видов режущих инструментов, например, червяч-
ных фрез, зуборезных головок, сверл и других, а также универсально-
заточные станки с ЧПУ, позволяющие выполнять те же и более
сложные работы, чем их предшественники с ручным управлением.

Для заточки режущего инструмента используются абразивные кру-
ги твердостью М3—СМ2 из электрокорунда (заточка стальных инст-
рументов) и карбида кремния зеленого для заточки твердосплавных
инструментов. Заточку инструментов, оснащенных минералокерами-
кой и сверхтвердыми материалами, осуществляют алмазными круга-
ми Они используются также для чистовой заточки и доводки твер-
досплавных инструментов. Чистовую заточку и доводку стальных
инструментов выполняют эльборовыми кругами. Наиболее высокое
качество заточки без дефектов, связанных с высокой температурой в
зоне шлифования, обеспечивает электроалмазная заточка, являющая-
ся разновидностью электрохимической.

До применения алмазных и эльборовых кругов инструменты дово-
дили чугунными притирами, резцы, например, — чугунными дисками,
шаржированными пастой карбида бора. Доводка ручная, скорость
перемещения притира относительно доводимого инструмента —
3—5 м/с, качество доводки хорошее (шероховатость доведенных по-
верхностей малая, прижогов нет), но низкая производительность.

Зернистость абразивного материала 25—40 для черновой заточки,
16—25 для чистовой и 5—8 для доводки. Структура кругов открытая,
связка в основном керамическая. Скорость шлифовального круга
15—35 м/с, в зависимости от вида режущего материала затачиваемо-
го инструмента, связки и твердости круга. Более подробные сведения
приведены в табл. 3.1—3.4.
В предыдущих разделах предлагаемой работы практически нет спра-
вочного материала. Здесь он в обобщенном виде приводится, так как
операция заточки инструмента очень ответственная и инженеру-механи-
ку необходимо свободно ориентироваться в вопросах обеспечения каче-
ства заточки и доводки инструмента. Более точные и подробные сведе-
ния можно найти в специальной литературе [153—155; 158; 173—180].

Правка шлифовальных кругов

Правка круга производится для восстановления его режущей спо-
собности или профиля. Правку кругов из электрокорунда и карбида
кремния осуществляют на рабочих скоростях круга алмазами в виде
отдельных зерен, закрепленных в державках, или алмазными каранда-
шами из мелких зерен алмаза, расположенных хаотично, слоями или
цепочкой и залитых специальным сплавом, а также кругами повышен-
ной твердости, установленными вместо обрабатываемого изделия.
Кроме того, править можно дисками из сплавов ВКЗМ, ВК6М. а
также шарошками из закаленных сталей ШХ15, 9ХС путем обкаты-
вания; окружные скорости круга и правящего инструмента в этом
случае одинаковы.

Алмазные и эльборовые круги на органических связках обычно
работают в режиме самозатачивания и правятся редко, только для
восстановления формы. Для правки используют среднемягкие бруски
из карбида кремния на керамической связке. Режущую способность
алмазных кругов на металлической и керамической связках можно
восстановить путем правки абразивными кругами из карбида кремния
или доводкой на чугунной плите, шаржированной абразивными порошка-
ми. Используются также электрохимический и электроэрозионный мето-
ды правки кругов на металлической связке. Электроэрозионный метод
наиболее приемлем для профилирования (фасонной правки) круга. Под-
робнее правку кругов см. в справочниках заточника [150; 155; 184,262]

Контрольные вопросы

1. Дефекты заточки инструментов и их влияние на стойкость инстру-
ментов.

2. Причины зазубрин и завалов режущих кромок инструмента в про-
цессе заточки.
3. Что такое прижоги режущих инструментов при заточке? Природа
их появления и методы недопущения.

4 Взаимосвязь между шероховатостью рабочих поверхностей инст-
румента, его стойкостью и прижогами.

5. Роль доводки в повышении качества поверхностных слоев инстру-
мента.

6 Абразивные круги и режимы заточки и доводки инструментов.

7 Цель и методы правки шлифовальных кругов для заточки и довод-
ки инструментов.

3,6. ПОВЫШЕНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
ИНСТРУМЕНТА

3.6.1. Общие положения

Этот цикл операций не требует больших затрат, но в настоящее
время становится одним из наиболее важных. Называют его упроч-
нением инструмента или облагораживанием режущих лезвий. Ни одно
из названий не отражает в полной мере сущность процессов, при
которых на поверхности уже готового инструмента перед его исполь-
зованием наносятся тонкие пленки других материалов или эти поверх-
ности насыщаются некоторыми химическими элементами. В резуль-
тате изменяются физико-механические свойства поверхностных сло-
ев инструмента, что в несколько раз увеличивает его стойкость или
обеспечивает возможность повышения производительности обработ-
ки за счет увеличения скоростей резания.

В настоящее время известно достаточно много методов повыше-
ния режущей способности путем изменения физико-механических
свойств поверхностных и подповерхностных слоев материала инстру-
мента. По технологии производства их можно объединить в следую-
щие |руш1ы:

1) нанесение износостойких покрытий;

2) нанесение антифрикционных покрытий;

3) гальванические методы;

4) химические методы;

5) химико-термические методы;

6) физические методы;
7) физико-термические методы;

8) механические методы;

9) термомеханические методы.

Все они достаточно широко применяются в промышленности,
особенно нанесение износостойких покрытий, химико-термические и
механические методы. Повышение режущей способности инструмен-
тов возможно несколькими методами одновременно или последова-
тельно для получения наибольшею эффекта.

Пока нет обобщающих работ о природе влияния этих методов на
механизм изнашиваемости инструментов, а поэтому нет конкретных
научно обоснованных рекомендаций по их выбору. Рассмотрим дан-
ные методы и их эффективность раздельно и упомянем лишь о том,
что методы, повышающие твердость и хрупкость поверхностных сло-
ев, не следует применять для мелкоразмерных и мелкопрофильных
инструментов по причине их недостаточной исходной прочности.

3,6.2. Нанесение износостойких покрытий

Нанесение таких покрытий получило широкое распространение как
у изготовителей инструмента, так и у его потребителей. Сущес1вусг
ряд способов: электроискровой (самый старый), плазменный, детона-
ционный и др. Наиболее широко применяются газофазное осаждение
(ГТ) и катодное напыление с ионной бомбардировкой (КИБ) некото-
рых материалов на рабочие поверхности инструментов

С помощью газофазного метода наносят пленку карбида гитана,
толщиной 3—10 мкм. Процесс протекает в специальных камерах, где
из газовой фазы при температуре 1000—1100 °С на поверхности
детали осаждается карбид титана. Высокая температура ограничива-
ет область применения метода нанесением только покрытий на твер-
дый сплав. Стойкость инструмента увеличивается в три раза, однако
на 30—40 % понижается прочность основы.

Метод катодного напыления основан на нанесении тонких пленок
карбидов, нитридов, окислов металлов IV—VI групи таблицы Менде-
леева на поверхность изделия в вакууме (1,33x10 7—1,33x10° Па).
Сущность процесса состоит в том, что под действием напряжения
между анодом (изделием) и катодом (металлом-иснарителем) ме-
талл с катода испаряется, образуя ионное ноле. Инструмент нагрева-
ется до температуры 300—600 °С. При прокачке через камеру азота
или другого газа, содержащего азот, ионы испарившегося металла
(титана, молибдена), взаимодействуя с ионами азота, образуют нит-
риды и осаждаются на поверхность анода, создавая тонкую пленку
толщиной 2—12 мкм. При наличии нескольких испарителей из различ-
ных металлов можно чередовать их работу, нанося слои различных
покрытий разной толщины и создавая таким образом многослойное
покрытие, прочно сцепляющееся с основой и имеющее на поверх-
ности материал с высокой абразивной стойкостью. Известны самые
различныекомбинации покрытий: Т1С + ТПМ, Т1С + Т1И + А12О3 и др.
Число слоев может достигать 13 и более. Многослойные покрытия
более эффективны в некоторых конкретных условиях применения.
Поскольку температура процесса нс очень высокая, метод приемлем
для нанесения покрытий на инструменты из быстрорежущей стали,
стойкость которых после однослойного покрытия нитридами титана
повышается в 1,5—5,0 раз, в зависимости от вида инструмента, мате-
риала обрабатываемой детали и режима резания. Качество покрытия,
прочность его сцепления с основой зависят от качества подготовки
поверхности под покрытие, в основном от обезжиривания, для которо-
го используется ультразвук и такие компоненты, как тринатрийфосфат,
кальцинированная сода, дистиллированная вода и даже этиловый
спирт. Сильно влияют на качество покрытия чистота исходных мате-
риалов (газов, испарителей) и точность поддержания температуры.

Существует ряд разновидностей процесса и созданных на их осно-
ве установок К их числу относятся установки типа “Булат”, “Пуск”,
“Юнион”, “Мир” и др.

Износостойкость покрытий — только часть причин повышения
стойкости инструмента. Косвенным доказательством тому, о чем
будет сказано ниже, является повышение стойкости омедненных ин-
струментов. Более того, нанесение покрытий происходит при высоких
температурах, при которых, как установлено, протекают изменения
свойств приповерхностных и глубинных слоев материала инструмен-
та, благоприятно влияющих на сопротивляемость изнашиванию. По-
этому нанесение износостойких материалов является как бы комби-
нированным методом повышения работоспособности инструмента,
термическое упрочнение + износостойкое покрыл ие. При этом для
каждых конкретных условий работы (обрабатываемый материал, ско-
рость резания и др.) существует свое покрытие, оптимальное по
воздействию.

По данным исследований износостойкость покрытий повышается
почти в два раза после термомеханической обработки, заключающей-
ся в механическом воздействии вращающейся металлической щетки
на поверхностные слои пластины, подогретой до 300—500 °С.

Очень высокой эффективностью отличается алмазоподобное пле-
ночное покрытие, наносимое при температуре 380 °С. Стойкость про-
резных и отрезных фрез с таким покрытием повышается в 230 раз.

3.6.3, Нанесение антифрикционных покрытий

Эти покрытия мягче, чем материал основы, и выполняют функции
твердых смазок, понижающих коэффициент трения и уменьшающих
тем самым износ инструмента. Особенно полезны для инструментов,
работающих в условиях повышенного зрения, а именно, инструментов
с малыми задними углами при обработке вязких металлов, склонных к
налипанию на инструмент. Покрытия наносятся при комнатной темпе-
ратуре на подготовленные специальным способом рабочие поверхности
инструмента. Для улучшения сцепления с основой инструменты под-
вергаются нагреву до 200 °С. Низкая температура позволяет приме-
нить эти способы для инструментов из любых режущих материалов.

В качестве материалов для покрытий используют сульфиды и
фосфаты различных металлов, ангидрид молибдена, а также эпилам
(фторсодержащее поверхностно-активное вещество 6МФК-180 или
6СФК-180-05). Наибольшее применение получили дисульфид молиб-
дена Мо82, никель-фосфорное покрытие ЬНР и эпилам. Стойкость
инструментов с такими покрытиями в 1,5—6,0 раз выше, чем без них,
особенно инструментов с малыми задними углами

В случае никель-фосфорного покрытия на поверхности инструмен-
та наносится слой химически восстановление! о никеля, обладающий
высокой твердостью, что наряду с создаваемым диффузионным барь-
ером способствует дополнительному повышению сюйкости инстру-
мента.
3.6.4. Гальванические методы

Эти методы используются для нанесения покрытий, обладающих
повышенной твердостью, уменьшенным трением и другими свойства-
ми, а также покрытий, являющихся диффузионным барьером между
трущимися поверхностями инструмента и обрабатываемой детали.
Из способов этой группы наиболее известным является хромирова-
ние. Твердость хрома выше твердости быстрорежущей стали. Кроме
того, коэффициент трения хрома по стали меньше, чем стали по
стали. Если учесть еще и создание диффузионного барьера, то вполне
правдоподобно, что хромирование повышает стойкость инструмента в
2—3 раза. Толщина покрытия не должна превышать 5 мкм, иначе
можно испортить инструмент, так как хром больше всего осаждается
на кромках, округляя их. Хромирование особенно полезно для умень-
шения налипания мягкого обрабатываемого металла на поверхностях
трения инструмента Нельзя хромировать мелкоразмерные и мелко-
профильные инструменты по причине “водородной хрупкости”. Выде-
ляемый в процессе электролиза водород поглощается металлическим
хромом, вызывая в нем внутренние напряжения, которые приводят к
появлению тончайших трещин и повышенной хрупкости поверхностно-
го слоя инструмента. Для удаления водорода инструмент после хро-
мирования следует выдерживать в подогретом до 180 °С масле в
течение одного-двух часов.

Исследовалась возможность покрытия медью. Стойкость некото-
рых инструментов в определенных условиях работы повышалась.
Объясняют это явление улучшением отвода теплоты из зоны резания.
Такой взгляд на природу явления вызывает сомнение, так как толщи-
на слоя меди всего лишь несколько микрометров. Широкого исполь-
зования метод не получил.

3.6.5. Химические методы

Во время шлифования и заточки режущих инструментов, особенно
без соблюдения необходимой предосторожности, возникают прижоги
рабочих поверхностей, которые заключаются в местном отпуске тон-
чайших поверхностных слоев На этих местах резко понижается твер-
дость, и они являются очагами быстрого затупления инструмента.
Для удаления этих поверхностных слоев иногда применяют травле-
ние инструмента в водном растворе кислот и медного купороса:
5 % Си8О4 + 10 % Н28О4+ 5 % Н1ЧО3. При этом удаляется тонкий
дефектный слой инструмента (до 0,02 мм). “Здоровый” металл
стравливается значительно труднее или почти не удаляется.

Аналогичный эффект достигается при электрохимическом травлении
в составе: 75 % ортофосфорной кислоты + 15 % серной кислоты + 10 %
хромового ангидрида. Этот процесс иногда называют элекрополиро-
ванием, так как помимо стравливания дефектного слоя стравливают-
ся микронеровности и уменьшается шероховатость поверхностей ин-
струмента.

3.6.6. Химико-термические методы

Эти методы наиболее старые и основаны на диффузионном насы-
щении рабочих поверхностей быстрорежущего инструмента химичес-
кими элементами и их соединениями с целью повышения износостой-
кости. Процессы диффузионного насыщения протекают в печах при
температуре 500—550 °С, что является дополнительным отпуском
инструмента, способствующим повышению его качества, а насыще-
ние поверхности металла инструмента азотом, углеродом и серой
образует нитриды, карбиды и сульфиды железа, вольфрама и других
элементов, находящихся в составе стали. Нитриды и дополнительные
карбиды повышают твердость инструмента на глубине до 70 мкм, а
сульфиды, являясь твердой смазкой, уменьшают трение в контакте
режущий клин — материал обрабатываемой детали, что также спо-
собствует повышению стойкости инструмента.

Азотирование, выполненное но различным технологиям, повыша-
ет стойкость инструмента в 1,5—2,0 раза.

Жидкостное цианирование в ваннах с расплавом цианокислого
калия или газовое в печах с подачей окиси углерода и аммиака
обеспечивает насыщение поверхностных слоев материала инструмен-
та углеродом и азотом. В результате стойкость инструмента повыша-
ется в 1,5—6,0 раз.

Сульфидирование проводят в расплаве красной кровяной соли.
Поверхностные слои инструмента насыщаются серой. Повышение
стойкости инструмента достигается за счет уменьшения трения на
рабочих поверхностях инструмента. Находит ограниченное примене-
ние, так как эффективность процесса не всегда проявляется. Лучшие
результаты обеспечивает сульфоцианирование, при котором повер-
хность инструмента насыщается серой и азотом.

Уменьшению трения способствует и такой вид химико-терми-
ческой обработки, как обработка паром, когда в отпускную печь
при температуре 550—600 °С подается перегретый пар. На поверх-
ности инструмента образуется тонкий (4—6 мкм), твердый и плот-
ный, но пористый слой окиси железа Ге3О4. После нагрева в атмос-
фере пара инструмент охлаждают на воздухе, а затем выдержива-
ют в подогретом масле. Стойкость инструмента повышается в
1,5—3,0 раза.

Оксинитрирование с последующим вывариванием в масле —
процесс, совмещающий азотирование с обработкой паром в печи с
оксинитрирующей атмосферой: аммиак плюс вода. Стойкость инстру-
мента повышается в три раза.

3.6.7. Физические методы

Данная группа методов еще недостаточно изучена. Замеченные
изменения в поверхностном слое жду!' объяснения причин.

К физическим методам относятся: лазерное упрочнение, обработ-
ка инструмента в магнитном поле, радиационное облучение и др. Все
они исследовались и применяются в основном для повышения рабо-
тоспособности инструментов из быстрорежущей стали.

Лазерное упрочнение состоит в том, что поверхностный слой
стального инструмента, быстро разогреваемый лучом лазера, а затем
быстро остывающий (в 10—100 раз выше, чем при обычной закалке),
приобретает исключительно мелкозернистую структуру и повышен-
ную твердость. Стойкость быстрорежущего инструмента увеличива-
ется в 2—10 раз. Процесс осуществляется на установках “Квант-16”
и ккКвант-18”. Применим для всех режущих материалов: сталей, твер-
дых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых материалов.

Обработка в магнитном поле — намагничивание инструмента
в течение определенного времени. В результате повышается его но-
Р аздел 3 Производство режущих инструментов
верхностная твердость, снижается уровень остаточных растягиваю-
щих напряжений от заточки, увеличивается концентрация вольфрама,
молибдена, углерода и кислорода в поверхностном слое Стойкость
инструмента возрастает в 1,7—2,3 раза.

Перед работой инструмент необходимо размагнитить.

Радиационное облучение потоком ускоренных протонов повы-
шает стойкость инструментов в шесть раз.

3.6.8. Физико-термические методы

Свое название методы получили по той причине, что физико-меха-
нические свойства инструмента изменяются от воздействия темпера-
туры.

Обработка глубоким холодом исправляет дефекты закалки и
отпуска инструмента. Кроме того, она оказывает и другие, еще не
изученные воздействия, которые приводят к повышению стойкости
инструмента в 2—5 раз, а по некоторым литературным источникам —
в 14 раз. Обработку проводят в жидком азоте при температуре -197 °С
в течение 45—90 мин, иногда до 6 часов.

Обработка холодом не только повышает стойкость инструмента,
но и стабилизирует режущие свойства, делая инструменты более
однородными по периоду стойкости, что важно для автоматизирован-
ного машиностроения.

Аналогичный эффект, но количественно меньший, достигается ох-
лаждением быстрорежущего инструмента до температуры -80°С в
смеси сухого льда с бензином или ацетоном. В этом случае основное
влияние на работоспособность инструмента и однородность его
свойств оказывает превращение остаточного аустенита в мартенсит.
Чем ниже культура термической обработки, больше остаточного аус-
тенита в инструменте после закалки и отпуска, тем выше эффектив-
ность обработки холодом.

Термоупрочнение инструмента возможно нагревом. На Алма-
Атинском заводе тяжелого машиностроения внедрен метод термоуп-
рочнения, заключающийся в кратковременной выдержке инструмента
при температуре 630—650 °С в соляной ванне с хлористыми солями
бария, натрия и кальция. Стойкость инструментов после такой обра-
ботки повышается в среднем в два раза. Причина явлений не выяс-
йена, но вероятнее всего стойкость повышается в основном из-за
структурных превращений»

Низкотемпературный отпуск при температуре 200—250 °С также
способствует повышению стойкости инструмента. По данным Ека-
теринбургского ЦНТИ 30-минутная выдержка сверл и разверток ди-
аметром 4—5 мм, в индустриальном масле, нагретом до 160 °С,
повышает их стойкость в 1,5 раза. Вероятная причина упрочнения —
снятие сформированных шлифованием и заточкой растягивающих
напряжений в поверхностном слое инструмента.

Термоупрочнению подвергают и твердые сплавы группы ВК одно-
временно с напайкой пластин на корпуса инструментов (см.п.3.2.3)
или отдельно, до нанайки и заточки. В процессе закалки заготовки
нагревают со скоростью 10—15 °С/с до температуры 1150—1200 °С
(сплавы с содержанием кобальта более 15 %) или до 1000 °С (сплавы
с содержанием кобальта менее 15 %), а затем охлаждают в масле,
начетом до 40 °С. На 8—12 % повышается твердость твердого спла-
ва, а стойкость твердосплавных спиральных сверл диаметром
0,7—2,0 мм с вышлифованными после закалки стружечными канавка-
ми — в три и более раз по сравнению с незакаленными.

3.6.9. Механические методы

Сущность методов состоит в динамическом воздействии на кон-
тактные поверхности инструмента с целью создания сжимающих
остаточных напряжений, повышающих прочность режущих лезвий, а
также стойкость в 1,3—2,5 раза. Наиболее изучены дробеструйное и
вибрационное упрочнение, в том числе виброзаточка. Эти методы
используют для повышения работоспособности твердосплавных и
минералокерамических инструментов.

Представляют интерес ультразвуковое упрочнение и упрочнение
взрывом. При ультразвуковом упрочнении в поверхностных слоях ин-
струмента наводятся напряжения сжатия, повышающие его износо-
стойкость.

Упрочнение взрывом измельчает карбиды вольфрама, упрочняет
кобальтовую связку и образует сжимающие остаточные напряжения
в поверхностных слоях пластин твердого сплава. В результате стой-
кость инструмента повышается в два раза.
3.6.10. Термомеханические методы

Термомеханическое упрочнение заключается в алмазной обработ-
ке твердых сплавов с предварительным нагревом пластин в приспо-
соблении до 500—600 °С. В результате в поверхностных слоях фор-
мируется устойчивая энергоемкая структура. Она уменьшает хрупкое
усталостное разрушение твердого сплава при низких скоростях реза-
ния и способствует уменьшению пластического сдвига частиц сплава
и их диффузии в стружку и материал обрабатываемой детали во
время резания с высокими скоростями. Последующая химико-терми-
ческая обработка стабилизирует образовавшуюся структуру, допол-
нительно увеличивая ее энергоемкость и прочность твердого сплава.
Надежность и работоспособность инструмента увеличиваются в два-
три раза. Поэтому повышение работоспособности твердосплавного
инструмента рекомендуется проводить комбинированным методом по
схемам:
а) термообработка + упрочняющая термопластическая обработка;
б) упрочняющая термопластическая обработка + химико-термичес-
кая обработка;

в) термообработка + упрочняющая термопластическая обработка +
химико-термическая обработка и т.д.

К термомеханическим методам можно отнести пластическую
деформацию быстрорежущих сталей при температурах выше и ниже
температуры мартенситного превращения. Это так называемые вы-
соко- или низкотемпературная механические обработки. Эти
методы, как и все предыдущие методы термомеханического упроч-
нения, выполняются на разных стадиях изготовления инструмента, а
не после его изготовления. В эту тему включены лишь по причине
высокой эффективности.

Контрольные вопросы

1. Методы повышения режущей способности инструментов и их ме-
сто в технологическом процессе изготовления инструментов.

2. Виды, способы нанесения и эффективность износостойких покрытий.
3. Виды, способы нанесения и эффективность антифрикционных по-
крытий.
4. Гальванические покрытия и их влияние на стойкость инструментов.
5. Сущность химических методов повышения стойкости инструмента.

6. Виды, технология выполнения и эффективность химико-термичес-
ких методов повышения стойкости инструмента.

7. Физические методы повышения работоспособности инструментов
и их эффективность.

8. Физико-термические методы упрочнения режущих инструментов.
9. Сущность механических методов упрочнения и их эффективность.
10. Термомеханические и комбинированные методы повышения рабо-
тоспособности инструмента.

3.7. МАРКИРОВКА, СБОРКА, КОНСЕРВАЦИЯ
И УПАКОВКА ИНСТРУМЕНТА

Маркировка выполняется по стандартам. Знаков маркировки долж-
но быть минимум, но достаточно для поиска и грамотной эксплуата-
ции инструмента: индекс по ГОСТ или номер чертежа, материал
режущей части, основные параметры шлицевых и зубчатых изделий,
обрабатываемых инструментом, параметры для настройки при заточ-
ке, если они влияют на точность изделий, обрабатываемых инстру-
ментом, дату изготовления и товарный знак завода-изготовителя.

Маркировка выполняется механическим (выдавливание до тер-
мообработки), химическим (травление путем нанесения резиновым
штампом раствора соляной кислоты и сернокислой меди), электрохи-
мическим (клеймом-электродом в электролите), электроэрозионным,
электрографическим (электроискровым) способами или с применени-
ем лазерного луча, управляемого от ЭВМ.

Поддаются автоматизации и обеспечивают высокое качество элек-
трохимический и лазерный методы маркировки. Используются в се-
рийном и массовом производстве. Электрографический метод по ка-
честву хуже предыдущих, но очень простой и используется в мелко-
серийном и единичном производствах.

Сборочные работы при изготовлении режущих инструментов
приобретают все больший удельный вес в связи с расширяющимся
использованием многогранных неперетачиваемых режущих пластин.
Выполняются, как правило, вручную высококвалифицированными спе-
циалистами с использованием элементов малой механизации.

Консервацию инструментов производят с целью защиты их от
коррозии при хранении в промежуточных кладовых на стадии изготов-
ления инструмента, а также при хранении готового инструмента на
инструментальных складах и в других местах. В зависимости от
сроков, места и условий хранения консервация инструментов может
быть разной.

Защиту от коррозии до трех месяцев обеспечивает пассивирова-
ние, состоящее в нанесении пленок пассивных солей, обычно кальци-
нированной соды и нитрита натрия, путем выдержки инструмента в
2—30-процентном водном растворе этих солей, подогретом
до 70—90 °С. Чем дольше срок хранения, тем выше концен грация
раствора.

Консервацию и упаковку готового инструмента проводят по стан-
дартам. После очистки, оксидирования или повышения режущей способ-
ности и пассивирования инструменты смазывают опусканием в горячую
консервационную смазку КС-У, ТУРБ 035.30.26 068—95 или аналогич-
ные другие. Можно использовать индустриальное масло + парафин в
различной пропорции. Затем обертывают парафинированной бумагой, ук-
ладывают в картонные коробки. Коробки складывают в деревянные
ящики О1раниченной влажности, выложенные внутри рубероидом и па-
рафинированной бумагой. Ящики закрывают и обивают шинкой.

Повышению коррозионной стойкости инструмента способствуе!
уменьшение шероховатости обработанных поверхностей после таких
операций, как шлифование и полирование. Надежную защиту обеспе-
чивает оксидирование и почти все методы повышения режущей спо-
собности инструмента.

3.8. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И КАЧЕСТВО ИНСТРУМЕНТА

Между качеством инструмента и автоматизацией техноло! ических
процессов существует прямая связь. Бытует мнение, что жесткий
контроль обеспечивает высокое качество изготовления инструмента.
Это мнение в основном ошибочное. Во время контроля инструмент не

4з:
делают, а стало быть, и не формируют никаких его качественных
показателей. Контроль лишь отвечает на вопрос: в норме ли контро-
лируемые параметры. Окончательный контроль готового инструмента
является барьером на пути попадания брака к получателю инстру-
мента. Пооперационный контроль, особенно наладочный, предупреж-
дает массовое появление брака, так как по результатам контроля
принимается решение о наладке или подналадке технологического
оборудования. Поэтому грамотно организованный наладочный и пери-
одический'пооперационный контроль во время изготовления инстру-
мента способствует повышению качества, но не обеспечивает его.
Само же качество инструмента формируется изготовлением. Значит,
для получения высокого качества инструмента необходимы:

а) оптимальная конструкция инструмента;

б) качественный технологический процесс его изготовления;

в) строгая выдержка параметров технологического процесса в произ-
водственных условиях.

Первое требование обеспечивается квалификацией конструктора-
инструментальщика, второе — квалификацией технолога-проектиров-
щика и имеющимся технологическим оборудованием, а третье —
автоматизацией всего технологического процесса или его главнейших,
с точки зрения формирования качества, операций.

Таким образом, достижение главной цели автоматизации — повы-
шения производительности труда и снижения себестоимости инстру-
мента — обеспечивает одновременно и высокое качество его изготов-
ления, так как строго поддерживает заданные параметры техпроцесса.
Только здесь, в автоматизированном производстве, контроль приобре-
тает созидательную силу по формированию качества, так как автома-
тизированные устройства пооперационного контроля сливаются с тех-
нологическим оборудованием в единый комплекс, который выполняет
работу и по результатам контроля автоматически поддерживает ее
уровень. Такие автоматические саморегулирующиеся комплексы долж-
ны быть на операциях, где нельзя гарантировать стабильность во вре-
мени уровня настройки и качества выполнения операции. Раньше, на
заре автоматизации, такой контроль называли активным в отличие от
обычного, пассивного, констатирующего факт: “годен” или “брак”.
Мы стоим на пороге полной автоматизации инструментальной под-
готовки производства: автоматизированный выбор стандартной тех-
нологической оснастки, в том числе режущего инструмента, проекти-
рование специальной оснастки, автоматическая передача “чертежей”
в инструментальный цех, где эта оснастка автоматически изготавли-
вается, Что касается части этой оснастки, а именно режущего инст-
румента, то такая задача уже решена. Исторически подходили к
решению такой задачи постепенно и мучительно долго. Качественный
скачок был сделан с появлением ЭВМ.

До появления ЭВМ автоматизация технологического процесса осу-
ществлялась на базе универсального оборудования с ручным управ-
лением. В зависимости от масштабов производства применялись и
сейчас еще задействованы различные технические решения.

В условиях серийного производства широко использовались авто-
матические зажимные и делительные приспособления, позволяющие
автоматизировать процесс фрезерования, например, стружечных ка-
навок, гидрокопировальные суппоргы, бескопирные программные сис-
темы, например, для изготовления круглых протяжек и ряд других.

Производилась автоматизация оборудования на основе автомати-
ческой загрузки заготовок и автоматизации рабочих и вспомога-
тельных движений. Станки, например, круглошлифовальпые, оснаща-
лись устройствами активного контроля. Степень автоматизации
строго экономически обосновывалась для каждого отдельного типа
производства. Для крупносерийного и массового производства были
спроектированы специальные станки-автоматы и полуавтоматы для
выполнения конкретных операций, например, фрезерования канавок
сверл и метчиков, заточки сверл и торцовых фрез, затылования
метчиков и др.

В настоящее время парк специальных полуавтоматов и автоматов
существенно пополнился станками для выполнения наиболее ответ-
ственных операций, в основном заточными — для заточки резцов,
протяжек, зуборезных и других инструментов. Автоматизация гибкая
и выполнена на более высоком техническом уровне. Это преимуще-
ственно станки с цикловым и числовым программным управлением.
Спроектированы и выпускаются станки такого же уровня и для лез-
винной обработки заготовок режущего инструмента» Из таких станков
с приданными к ним роботами, манипуляторами для установки и <
снятия заготовок, просто компонуются легко переналаживаемые авто-
матические линии, так называемые гибкие автоматические линии,
что очень важно для серийного производства. ;

До появления гибких систем создавались поточные и автомати-
ческие линии из универсальных, агрегатных, автоматизированных и
автоматических станков, соединенных автоматической транспортно-
загрузочной системой. Эти линии чаще всего допускали переналадку
на другой размер инструмента такого же типа. Они были с гибкой
связью между технологическими агрегатами или их группами, т.е.
имели устройства для приема, хранения и выдачи заготовок на после-
дующие операции по мере необходимости. Это важно для линий, |
переналаживаемых на обработку инструмента другого размера, но ’
того же типа, так как в подобных случаях трудно синхронизировать
операции и сделать линии с жесткой связью, с непосредственной
передачей заютовки из рабочей зоны одного станка в рабочую зону
другого. Известны автоматические линии подобного типа для меха-
нической обработки метчиков до и после термической обработки,
автоматические линии для изготовления сверл, ножей и корпусов
сборных фрез, линии для термической обработки метчиков и др.

Таким образом, автоматизация технологических процессов посте-
пенно вытесняла и вытесняет человека из сферы выполнения техно-
логических операций, способствуя объективизации процесса производ-
ства, стабилизации заданных параметров обработки. Повышается
производительность, качество инструмента и стабильность этого ка-
чества (однородность инструмента), что особенно важно для инстру-
ментов автоматизированных производств.

Контрольно-измерительные приборы для контроля соответствия
параметров инструмента заданным самые разные: от жестких калиб-
ров и простейших механических инструментов до сложных механи-
ческих, оптических, электронных приборов универсального и специ-
ального назначения. В крупносерийном и массовом производстве ис-
пользуются специальные приборы для приемочного и наладочного
контроля, в том числе калибры, а в условиях мелкосерийного и инди-
видуального производств экономически выгоднее универсальные кон-
трольные средства.

Контрольные вопросы

1. Способы маркировки, сборки, консервации и упаковки готового
инструмента.

2. Влияние качества технологического процесса и его нарушений на
качество готового инструмента.

3. Направления автоматизации технологических процессов изготов-
ления режущих инструментов.

4. Влияние автоматизации на себестоимость и качество режущих
инструментов. Причины влияния.
.• > РАЗДЕЛ 4 . /

ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

4.1. ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНСТРУМЕНТОВ

Эксплуатация инструментов должна быть организована таким об-
разом, чтобы приведенные затраты на работу, выполняемую инстру-
ментами, были минимальными. Это генеральное требование важно
всегда. Редко бывает, что главными могут оказаться другие крите-
рии, например, срочное выполнение заказа. Приведенные затраты
минимальны в случае оптимального сочетания производительности
обработки, энергоемкости процессов резания и экономного использо-
вания самих инструментов.

Производительность и энергоемкость процесса резания зависят как
от конструкции инструмента, так и от выбранных по справочной лите-
ратуре элементов режима резания. Тем не менее в процессе эксплуа-
тации инструмента можно сильно влиять на производительность, осо-
бенно в условиях массового производства, когда есть возможность
совершенствования конструкций инструмента и оптимизации условий
резания. Оптимизация геометрии инструментов для конкретных усло-
вий работы, подбор рациональных СОЖ и условий их подвода к зоне
резания позволяют до трех и более раз увеличить стойкость инстру-
мента и на этой основе повысить производительность и понизить энер-
гоемкость резания. Кроме того, заметное повышение производительно-
сти станочного оборудования достигается за счет сокращения просто-
ев при замене затупившихся инструментов или по другим причинам,
связанным с их работой: поломки, выкрошивание режущих кромок,
необеспечение заданного качества обработки и т.д.

Экономное расходование инструментов целиком и полностью зави-
сит от их эксплуатации и организации инструментального хозяйства на
предприятии. Нельзя допускать нарушений технологического процес-
са, приводящих к понижению стойкости инструментов и к другим
неполадкам. Необходимо исключать такие неполадки, как поломки
инструмента и выкрошивание его режущих кромок, зависящие от
качества закрепления инструмента, свойств обрабатываемого мате-
Раздел 4. Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
риала и принятого режима резания. Надо своевременно менять зату-
пившиеся инструменты, не допуская передержек, т.е. повышенного,
сверхнормативного износа. Эти и некоторые другие вопросы эксплу-
атации инструментов, а также организация инструментального хозяй-
ства в целом, главном образом организация заточки затупившихся
инструментов, сильно влияют не только на расход инструментов, но и
на производительность работы станочного оборудования.

Как видно из изложенного, организация эксплуатации режущих
инструментов и организация инструментального хозяйства преследу-
ют те же цели, что и решение любой другой инженерной задачи:
обеспечить минимум приведенных затрат на обработку детали. Толь-
ко оптимизация решений этих задач проще в том смысле, что исполь-
зуемые при этом частные решения не противоречат друг друху, так
как конструкция инструмента, его качество и условия эксплуатации
изначально определены. Необходимо только их строго поддерживать,
улучшать, не допускать неполадок в работе и правильно организовать
инструментообеспечение рабочих мест.

Рассмотрим некоторые общие для всех инструменюв и наиболее
часто встречающиеся неполадки, вызываемые неправильным крепле-
нием инструментов на станках и другими причинами. Конкретные
рекомендации применительно к каждому виду инструмент и станка
изложены в работах по эксплуатации инструментов (см. работы [94;
237; 263; 264] и другую литературу к разделу 4).

4.2. КРЕПЛЕНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ НА СТАНКАХ

Крепление инструментов должно быть точным, жестким (не все-
гда), надежным и быстросменным.

Точность крепления влияет на точность обработки, что особен-
но важно для разверток и фасонных инструментов, в том числе резь-
бонарезных и зуборезных. Кроме того, точность крепления многолез-
вийных инструментов с главным вращательным движением (сверла,
зенкеры, развертки, фрезы) влияет на их стойкость. Радиальное бие-
ние режущих кромок приводит к перегрузке и преждевременному
затуплению “высоких” зубьев, после чего необходима переточка все-
го инструмента. Увеличивается расход инструментов и время простоя
станков на замену затупившихся инструментов, падает производи-
тельность обработки.

Жесткость крепления также способствует повышению точнос-
ти обработки, кроме развертывания, нарезания резьбы метчиками,
плашками и резьбонарезными головками, когда надо обеспечить воз-
можность самоустановки инструмента но предварительно обработан-
ной поверхности. Кроме того, жесткость сильно влияет на вибрации,
а стало быть, на стойкость инструмента, его прочность и выкрошива-
ние режущих лезвий. Таким образом, жесткость крепления определя-
ет экономичность использования инструмента и производительность
обработки, связанную с простоями оборудования при замене инстру-
мента. Аналогично влияет на работоспособность инструмента жест-
кость всей технологической системы в целом (станок — приспособ-
ление — инструмент — деталь).

Надежность крепления должна быть достаточной для предот-
вращения смещения инструмента под действием сил резания. Иначе
невозможно обеспечить заданную точность обработки. Кроме того,
возможны поломки инструмента.

Быстросменность крепления особенно важна на автоматичес-
ких станках и автоматических линиях. Обеспечивается конструкцией
инструмента, от организации эксплуатации инструмента не зависит.

Изложенные выше требования к закреплению инструментов по-
разному реализуются на различных станках для разных инструментов.

Крепление резцов. Точная установка резцов обеспечивает со-
хранение в работе заданных геометрических параметров, а у фасон-
ных — точность профиля обработанных деталей. Вершина резца
устанавливается на уровне оси детали, если другое не предусматри-
вается конструкцией резца или резцового блока, а положение базы
резца — в соответствии с разработанной наладкой.

Высокая жесткость крепления достигается при соблюдении следу-
ющих условий:

а) возможно меньший, но достаточный для работы вылет резца из
резцедержателя (не более 1,5 высоты стержня резца);

б) плотное прилегание опорной поверхности резца к резцедержателю
при поочередной равномерной затяжке зажимных болтов;
Раздел 4. Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
в) минимальное число подкладок достаточной толщины со шлифован-
ными плоскостями, используемых для установки вершины резца на
уровне оси детали.

Надежность крепления обеспечивается болтами.

Крепление сверл и зенкеров. Сверла и зенкеры с коническим
хвостовиком крепятся в шпинделе станка непосредственно или с по-
мощью переходных втулок, а с цилиндрическим — в патронах. При
необходимости сверла с любыми хвостовиками можно крепить в
быстросменных патронах. Это свойственно работе на агрегатных
станках автоматических линий, а также на универсальных, когда пос-
ледовательно выполняются сверление, зенкерование, развертывание.

Основные требования к креплению:

а) плотное прилегание конусов, их изношенность, забоины и грязь на
них не допускаются;

б) возможно меньше переходных втулок,

в) хорошее центрирование и плотный зажим в патроне цилиндрических
хвостовиков;

г) минимальный вылет сверла или зенкера;

д) удаление инструмента или патрона из гнезда шпинделя станка
производить специальным клином.

Выполнение указанных требований обеспечивает достаточную
точность и жесткость крепления.

Крепление фрез

Повышение жесткости крепления достигается установкой фрезы
на короткой оправке ближе к носку шпинделя станка.

Точность крепления характеризуется радиальным и торцовым би-
ением зубьев фрезы, установленной на станке. Причины биения,
а) неправильная заточка;

б) биение шпинделя станка;

в) несовпадение оси гнезда шпинделя станка с осью вращения шпин-
деля;

г) биение рабочей оправки;

д) изгиб оправки при затяжке фрезы по причинам:

♦ перекос торцов самой фрезы;

♦ непараллельность торцов установочных колец;
♦ неперпендикулярность торца зажимной гайки к ее оси при тугой
резьбе;

♦ попадание грязи между торцами фрезы, колец, гайки или забо-
ины этих базовых поверхностей;

♦ повышенный износ посадочной поверхности оправки.

Допускается биение фрез на рабочей оправке не более 0,05—0,10 мм,
в зависимости от типа фрез.

Крепление разверток, метчиков, резьбонарезных плашек и
головок. Для этих инструментов особенно важна соосность с обра-
батываемым отверстием. Если ее нельзя обеспечить станком (недо-
статочная точность позиционирования шпинделя станка с инструмен-
том или детали с приспособлением и столом), то необходимо дать
инструменту возможность самостоятельно установиться по оси обра-
батываемого отверстия.

Такую самоустановку разверток и метчиков обеспечивают направ-
ляющие части инструментов (см.рис.2.53), закрепленных в подвиж-
ных патронах (см.рис.2.51) и направляемых по детали или приспособ-
лению. Самоустановка инструментов без направляющих частей, толь-
ко за счет подвижных патронов, хуже по точности, особенно при
нарезании резьбы. Для метчика и других резьбонарезных инструмен-
тов особенно важно точное направление в начале работы, так как они
потом получают направление уже по первым нарезанным виткам
резьбы и с этого направления их не сдвинуть. Если первые витки
резьбы нарезаны с перекосом, то метчики, плашки и резьбонарезные
головки будут двигаться дальше в этом перекошенном направлении,
образуя негодную резьбу. Лучшими патронами, с точки зрения точно-
сти обработки, являются плавающие патроны сильфонного типа
(см.п.2.3.1) или просто жесткие удлинители с достаточной податливо-
стью в радиальном направлении [269]. Для предотвращения поломок
метчиков используют патроны с ограничением крутящего момента.
Они рекомендуются для метчиков с малым запасом прочности, до
М12. и для всех резьб, нарезаемых в глухих отверстиях

Для нарезания резьбы с принудительной осевой подачей метчика
кулачковыми, гидравлическими и другими механизмами, не обеспечи-
вающими точного согласования осевой подачи с поворотом метчика,
рекомендуют компенсационные патроны, допускающие независимое
Раздел 4. Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
перемещение метчика* относительно шпинделя станка в осевом на-
правлении в любую сторону.

Самоустановка резьбонарезных головок достигается за счет “сла-
бины” в сочленении головки со станком, или в узле крепления обра-
батываемой детали.

43. КРЕПЛЕНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ
НА СТАНКАХ

Требования к креплению деталей такие же, как и к креплению
инструмента: надежность, жесткость, быстродействие и точность.

На токарных станках деталь чаще всего крепят в трех- или
четырехкулачковом патронах без ощутимого радиального биения.
Длинные и тонкие детали обрабатывают с поджимом задним цент-
ром, часто с дополнительной опорой в люнете. При этом задняя бабка
должна быть прочно закреплена, а пиноль иметь небольшой вылет.

На сверлильных и фрезерных станках лучшее приспособление
для закрепления детали — массивное, виброустойчивое, точно уста-
новленное с помощью центроискателя по кондукторной втулке или
контрольной оправке, зажатой вместо детали. Деталь необходимо
располагать возможно ближе к плоскости стола и к шпинделю станка
Зажим желательно пневматический или гидравлический, обеспечива-
ющий достаточную надежность крепления детали, но не допускаю-
щий деформации детали от усилия зажима. Силы резания должны
быть направлены в сторону неподвижных опор приспособления.

На горизонтально-протяжных станках деталь центрируется
протяжкой, в приспособлении не зажимается, а опирается своим тор-
цом на планшайбу. Обычно опорная база (поверхность планшайбы)
неподвижна. Но если торцы детали сильно перекошены относительно
оси отверстия, то желательно иметь самоустанавл и кающуюся опор-
ную базу, позволяющую совместить оси детали и протяжки. Это
достигается с помощью шарового подпятника, установленного на
планшайбе.

Контрольные вопросы

I. Условия эксплуатации режущих инструментов, способствующие
уменьшению их расхода.
2. Общие требования к креплению режущих инструментов на станках.
3. Правильное крепление резцов, сверл, зенкеров, разверток и фрез.

4. Причины радиального и торцового биения режущих кромок много-
лезвийных инструментов, установленных на станках.

5. Особые требования к креплению метчиков, резьбонарезных пла-
шек и резьбонарезных головок.

6. Крепление обрабатываемых деталей на токарных, сверлильных,
фрезерных и расточных станках.

4.4. НЕПОЛАДКИ С РЕЖУЩИМИ ИНСТРУМЕНТАМИ
И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

4.4.1. Классификация и последствия неполадок

Последствия неполадок изложены в п.4.1. Они разные для разных
производств. Если в единичном производстве помимо увеличения
расхода инструмента они приводят к потерям рабочего времени од-
ного станка, где неполадки имеют место, то в автоматизированном
машиностроении на автоматических линиях с жесткой связью оста-
нов одного станка влечет за собой остановку всех остальных станков
линии. Здесь потери рабочего времени значительные.

Виды неполадок, а главным образом их причины, на станках раз-
личных типов разные. Если попытаться их обобщить, то можно выде-
лить следующие группы:

а) неполадки, приводящие к увеличению простоев оборудования на
замену инструмента:

♦ низкая стойкость инструмента;

♦ выкрошивание режущих лезвий;

♦ поломки инструмента;

♦ вибрации;

♦ налипания обрабатываемого металла;

б) неполадки, приводящие к понижению качества обработки и даже к
браку по размерам и шероховатости обработанных поверхностей;
в) прочие неполадки.

Рассмотрим коротко причины возникновения неполадок и способы
их устранения, если они не очевидны. Подробное изложение в работах
[94; 237; 263; 264 и др.].
4.4.2. Низкая стойкость инструмента

Ранее и здесь под стойкостью понимаем время резания до пре-
дельного затупления инструмента, обычно до образования предельно
допустимой, с точки зрения максимально возможного числа перето-
чек, ширины площадки износа на задней поверхности инструмента.
Причинами низкой стойкости могут быть:

а) низкое качество или неправильный выбор режущею мате-
риала. Рекомендации по выбору см, в работах [15; 17; 94; 106 и др,],
скорректировав их на жесткость технологической системы и уровень
скоростей резания и подач. Чем ниже жесткость технологической сис-
темы, меньше скорость резания и больше подача, тем более прочным
должен быть режущий материал (см. п.2.2.1 данной работы).

б) неправильная геометрия режущей часзи, допущенная на
стадии проектирования инструмента или, что чаще, на стадии пере-
точки после затупления и установки на станке. Общие подходы к
выбору геометрических параметров рассмотрены в п.2.2.3 данной
работы, а конкретные рекомендации приведены в специальной литера-
туре, например [94];

в) неправильный режим резания:

♦ высокая или низкая скорость резания. Твердые сплавы выкрошива-
ются при низких скоростях. Все режущие материалы быстро изна-
шиваются при скоростях, выше допустимых,

♦ чрезмерно большие или малые подачи. Минимально допустимая
толщина среза твердосплавными инструментами — 0,07 мм, а
быстрорежущими — 0,02 мм. Это не относится к прорезным фре-
зам. Влияние элементов режима резания рассматривается теорией
резания материалов [8; 104 и др.], а конкретные рекомендации но
назначению элементов режима резания приведены в справочной
литературе [91—94, 271—296];

г) неудовлетворительное охлаждение инструмента. Свойства
и способ подачи СОЖ плохо отвечают условиям работы.

Для повышения стойкости инструмента необходимо приблизить
температуру резания к оптимальной по стойкости и уменьшить трение
на контактных поверхностях инструмента. Поэтому СОЖ должна
проникнуть в зону резания и там выполнить свойственные ей функции
Для инструментов, работающих с напряженными режимами резания,
когда температура резания выше оптимальной, главным является
проявление охлаждающего свойства СОЖ, что в основном зависит от
способа ее подачи.

Смазывающие свойства СОЖ наиболее полно проявляются при
хорошем проникновении СОЖ в зону резания. Поэтому неправильно
думать, что смазывающие свойства выше у масляных СОЖ. Так,
например, смазывающие свойства масляных эмульсий выше, чем
некоторых масел при нарезании резьбы метчиками. Эмульсии лучше
проникают в зону резания, в связи с чем обладают более высокой
эффективностью по уменьшению трения, чем маслб. Поэтому для
инструментов, работающих с низкими скоростями резания (быстроре-
жущие метчики, развертки, протяжки), когда температуры резания
ниже оптимальных по стойкости, используют СОЖ малой вязкости с
высокой поверхностной активностью, которые хорошо проникают в
зону резания и повышают стойкость инструментов за счет заметного
уменьшения трения на контактных поверхностях. Рекомендации по
выбору СОЖ приведены в справочной литературе и соответствующих
монографиях, например [224];

д) ухудшение обрабатываемости материала детали связано с
повышением твердости, заменой материала другим, который обраба-
тывается хуже. Большое влияние на стойкость и другие стороны
процесса резания оказывает микроструктура обрабатываемого ме-
талла. Освещение этого вопроса излагается отдельно;

е) плохое качество заточки инструмента оказывает очень
сильное влияние на стойкость инструмента. Стойкость может пони-
жаться до одиннадцати и более раз, что вызвано не только наруше-
нием заданной геометрии инструмента, но главным образом прижога-
ми и другими дефектами. Дефекты заточки, способы их недопущения
или устранения изложены в п.3.5.2 данной работы;

ж) низкое качество зермической обработки стальных инст-
рументов: недогрев или перегрев при закалке, недоотпуск;

з) вибрации, сопровождающие процесс резания, не только пони-
жают стрйкость инструмента, но и ухудшают качество обработки,
отрицательно сказываются на состоянии металлорежущего станка.
Причины вибраций рассматриваются ниже.
4.4.3. Выкрошивание режущих кромок
и поломки инструмента

Выкрошивание кромок и поломки инструмента — следствие двух
основных причин: недостаточная прочность режущего клина и тела
инструмента или перегрузка инструмента.

Недостаточная прочность режущего клина и тела инстру-
мента вызывается следующими причинами:

а) повышенная хрупкость режущего материала. Не та марка,
большая карбидная неоднородность быстрорежущей стали, повышен-
ная твердость стального инструмента, неправильно выбран метод
повышения стойкости готового инструмента. Необходимо, например,
отказываться от цианирования мелкоразмерных и мелкопрофильных
инструментов, так как наряду с повышением твердости повышается
хрупкость режущего материала;

б) неправильная термическая обработка и зал очка инстру-
мента, понижающие его прочность: перегрев при закалке или недоот-
пуск быстрорежущего инструмента, остаточные растягивающие на-
пряжения, трещины и микротрещины как следствие неправильной
заточки или напайки пластин твердого сплава;

в) ослабление режущего клина неправильно выбранной гео-
метрией: большие передние и задние углы, а также углы в плане,
отсутствие упрочняющей фаски с отрицательным передним углом
вдоль режущей кромки на передней поверхности твердосплавного
клина; неподходящие стружколомающие и стружкозавивающие уст-
ройства, выработанные на передней поверхности, ослабляющие тело
режущего клина;

г) изначально слабое тело самого режущего клина или инстру-
мента. Если его нельзя упрочнить за счет устранения причин по
пп. а)—в), то совершенствуют конструкцию инструмента, например,
фрезы делают с усиленным или параболическим зубом, используют
бесканавочные метчики, увеличивают толщину сердцевины сверл и др.

Перегрузка инструмента зависит от множества причин, связан-
ных с состоянием станка, инструмента и условиями его работы:

а) повышенная площадь сечения среза, изначально выбран-
ная или фактически полученная из-за сильного биения режущих кро-
мок многолезвийных инструментов, в основном фрез. Мгновенное
увеличение площади сечения среза происходит после провертывания
осевого инструмента при автоматической подаче. К таким же по-
следствиям приводит слабина в цепи подач. После выхода из отвер-
стия перемычка сверла не работает, резко падает осевая сила,
отталкивающая сверло от детали, деталь и сверло сближаются,
растет площадь сечения среза, и сверло ломается;

б) чрезмерное затупление режущего инструмента;

в) защемление стружки в стружечной канавке неправильной
формы илй малого объема. В случае защемления стружки при по-
вторном входе зуба в работу объем канавки, оставшийся свободным,
недостаточен для размещения второй порции стружки. Канавка пере-
полняется стружкой, стружка сильно уплотняется, растут силы резания,
зуб инструмента разрушается. Более склонны к защемлению стружки
вязких металлов. Так, например, отрезные и прорезные фрезы хоро-
шо работают по стали, а но алюминию при тех же условиях —
плохо, ломаются зубья. Приходится увеличивать объем стружечных
канавок за счет уменьшения числа зубьев;

г) неудовлетворительные свойства и подача СОЖ, не обес-
печивающие хорошей смазки контактных поверхностей инструмента в
конкретных условиях применения. В результате растут напряжения от
сил резания, которые могут превысить предел прочности материала
инструмента;

д) работа с ударами твердосплавными инструментами с отрица-
тельными или нулевыми углами наклона режущей кромки и без упроч-
нения фаской с отрицательным передним углом (точение прерывистых
поверхностей, точение кованных заготовок, фрезерование торцовыми
фрезами, строгание и некоторые другие виды работ). Быстрое измене-
ние нагрузок — это тоже удар. Поэтому инструменты, оснащенные
хрупкими режущими материалами (твердый сплав, минералокерамика,
композиты), часто выкрошиваются при подводе к обрабатываемой
детали с увеличенной скоростью, быстром останове шпинделя станка,
начале продольного точения заготовки с неподрезанным торцом (торец
не перпендикулярен оси заготовки), в случае точения неточно установ-
ленных заготовок с большим радиальным биением и др.;
е) работа с вибрациями, приводящая к усталостному разруше-
нию лезвия инструмента. Причины вибраций рассмагриваются ниже.

Если силы резания нельзя уменьшить устранением изложенных
выше неполадок, совершенствуют конструкции инструментов: упроч-
няют режущий клин и тело инструмента, используют прогрессивные
схемы резания, что всегда полезно, так как они уменьшают энергоем-
кость процесса резания и, как указывалось в н.2.2.2 данной работы, во
многих случаях способствуют увеличению стойкости инструмента и
повышению производительности резания.

Выкрошивание режущих кромок инструмента часто является
следствием небрежного обращения с ним при хранении и транспор-
тировке.

4,4.4. Вибрации

Нарушают нормальную работу станка, понижают стойкость инст-
румента и ухудшают качество обработанных поверхностей. Иногда
приводят к поломке инструмента

Наиболее часто вибрации возникают при скоростном точении и
фрезеровании. Основной причиной возникновения вибраций является
недостаточная жесткость технологической сис!емы станок —
приспособление — инструмент — деталь, зависящая от состояния
станка, крепления детали и инструмента. Частные причины на разных
станках разные.

При точении причины следующие:

а) слабина в направляющих суппортов и кареток станка (износ на-
правляющих, не подтянуты клинья);

б) слабина в подшипниках шпинделя станка, в пиноли задней бабки
или во вращающемся центре;

в) плохо поджат задний центр;

г) слабое закрепление детали;

д) слишком большой вылет резцов или неплотное прилегание их к
опорной поверхности резцедержателя, а резцедержателя к суп-
порту;

е) дисбаланс системы патрон — деталь;

ж) работа широкими резцами, в том числе фасонными с радиальной
подачей (большие радиальные силы резания);
з) неблагоприятная геометрия резцов: малые передние углы и углы в
плане, большие задние углы, стружкозавивающие устройства не
обеспечивают спокойного завивания стружки из-за несоответствия
формы и размеров стружкозавиватслей условиям работы.

Эффективным средством устранения вибраций является заточка
на резце виброгасящей фаски Д. И. Рыжкова: вдоль главной режущей
кромки образуют узкую фаску, шириной 0,1—0,3 мм, с отрицательным
задним углом -5..-10°, хотя стойкость резца при этом понижается.
Хорошие результаты обеспечивает простой и малогабаритный вибро-
гаситель, ударного действия Д.И.Рыжкова [237].

При фрезеровании вибрации вызываются аналогичными причинами:
а) большая слабина в направляющих стола станка;

б) недостаточная жесткость системы станок — приспособление —
инструмент — деталь. Деталь должна быть расположена ближе к
плоскости стола и носку шпинделя станка (см. п. 4.3),

в) чрезмерное биение фрезы в работе независимо от причин: биение
шпинделя станка, биение или изгиб фрезерной оправки при затяжке
фрезы, биение самой фрезы;

г) малое число зубьев фрезы при малом угле их наклона.

Фрезерование становится более спокойным в случае использова-
ния виброгасителей или маховиков — хорошо сбалансированных тя-
желых дисков, насаженных на фрезерную оправку возле фрезы.

4.4.5. Налипания обрабатываемого металла

Налипание — это, по сути, молекулярное схватывание материалов
инструмента и обрабатываемой детали и разрушение последнего с
остатками, прочно соединенными с режущим инструментом. Молеку-
лярное схватывание возникает при сближении до межатомного рас-
стояния двух однородных металлов с ювенильно чистыми поверхно-
стями. Любая энергия, возбуждающая кристаллическую решетку
материала, способствует схватыванию. Все это имеет место при
резании. Поверхность резания непрерывно обновляется, а задняя по-
верхность инструмента обтирается о поверхность резания. В зоне
отделения стружки эти поверхности ювенильно чистые и за счет
пластической деформации, в основном обрабатываемого материала,
сближаются до расстояния, при котором наступает схватывание. Но
Раздел 4 Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
инструмент движется по поверхности резания. Мостики схватывания
разрушаются по слабому месту, обычно по слою обрабатываемого
материала, несколько удаленному от контактной поверхности инстру-
мента. Слои материала, непосредственно примыкающие к контактной
поверхности, сильно деформированы, а поэтому упрочнены. В процес-
се резания происходит дальнейшее наслоение упрочненного материа-
ла детали на уже имеющиеся налипы, так как в этих местах условия
для схватывания наиболее благоприятны. Так образуются крупные
налипы, удалить которые с инструмента можно только абразивной
обработкой. Эти налипы портят обработанные поверхности детали.
Поэтому инструмент теряет работоспособность не в результате изна-
шивания, а в результате налипаний, которые могут вырасти до таких
размеров, что инструмент заклинивается в обрабатываемом отвер-
стии и ломается. Это характерно для работы метчиков. Резьбовые
впадины иногда полностью “завариваются” обрабатываемым метал-
лом. Налипания образуются на круглошлифованных ленточках сверл,
зенкеров, разверток при обработке вязких металлов (мя!кие малоуг-
леродистые стали, алюминиевые сплавы и т.п.). На основании изло-
женного можно считать, что вязкий металл налипает на поверхностях
трения. Чем больше трение, больше давления на контактных повер-
хностях, более развиты поверхности трения, мягче материалы обра-
батываемой детали и инструмента и большее сродство этих матери-
алов, тем больше налипания обрабатываемого металла на инстру-
мент. Поэтому наиболее вероятными причинами налипаний являются:
а) малые передние и особенно задние, в том числе задние боко-
вые и вспомогательные углы режущего инструмента;

б) малые вспомогательные углы в плане у сверл, зенкеров, раз-
верток и метчиков;

в) большая площадь поверхностей трения: метчики не затылова-
ны по профилю, большая ширина их перьев, широкие ленточки у
сверл, зенкеров, разверток, на которых задние вспомогательные
углы вообще равны нулю;

г) плохая смазка контактных поверхностей инструмента: не-
подходящая СОЖ или плохой доступ СОЖ к контактным поверх-
ностям;
д) работа с большими толщинами среза или чрезмерно затуплен-
ным инструментом;

е) плохое состояние контактных поверхностей инструмента:
большая шероховатость, низкая поверхностная твердость инстру-
мента, как результат прижогов при заточке или оставшихся после
изготовления инструмента обезуглероженных слоев металла;

ж) вязкий обрабатываемый металл.

Устранение или уменьшение налипаний сводится к мероприятиям
ио уменьшению трения на контактных поверхностях. Многие мероп-
риятия не требуют пояснения. Они органически вытекают из рас-
смотрения причин: увеличение задних боковых и вспомогательных
углов инструмента, увеличение обратной конусности и уменьшение
ширины круглошлифовальных ленточек у сверл, зенкеров, разверток,
затылование метчиков по профилю, использование шахматных и кор-
ригированных метчиков, недопущение или удаление прижогов при
шлифовании и заточке инструмента, полное удаление обезуглерожен-
ных слоев материала инструмента, уменьшение трения за счет пра-
вильного выбора СОЖ и метода ее подвода или путем создания
экранирующих и антифрикционных пленок хромированием, сульфиди-
рованием, эпиламированием и другими методами. Уменьшение вязко-
сти малоуглеродистых сталей 15 или 20 достигается закалкой.

4.4.6. Неправильные размеры обработанных поверхностей

Неправильные размеры поверхностей, обработанных инструмента-
ми, не переносящими своих размеров на обработанную деталь, хотя
и зависят от целого ряда причин, но легко устраняются наладкой или
подналадкой станка. Поэтому причины таких неполадок не рассмат-
риваем. Сложнее обеспечить размеры поверхностей деталей инстру-
ментами, которые свои размеры переносят на обработанную деталь:
чистовые стержневые инструменты для обработки отверстий (раз-
вертки, протяжки), фасонные инструменты, в том числе резьбонарез-
ные и зуборезные.

Погрешности размеров и формы поверхностей, обработан-
ных фасонными инструментами, зависят от ряда причин, которые
в обобщенном виде можно свести к следующим:
Р аз дел 4 Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
а) погрешности параметров профиля режущих контуров инструментов,
допущенные при их проектировании или изготовлении;

б) погрешности установки инструментов, а также непредусмотренное
методом обработки изменение их начального положения во время
работы под действием сил резания;

в) погрешности взаимных перемещений инструмента и заготовки во
время обработки, такие, как погрешности деления при нарезании
зубьев деталей методом копирования, несогласованность враще-
ния или перемещения заготовки и обкаточного инструмента, ради-
альное биение заготовки и инструмента во время резания и др.
Чаще всего приходится сталкиваться с почетностями разверты-
вания и нарезания резьбы метчиками, плашками и резьбонарезными
головками. Поэтому причины этих погрешностей и методы их устра-
нения рассмотрим подробнее.

В подавляющем большинстве случаев имеет место разбивание
размеров, когда размеры обработанных поверхностей больше разме-
ров инструмента, например, диаметр развернутого отверстия больше
диаметра развертки. Реже встречается усадка размеров, когда раз-
меры обработанных поверхностей меньше размеров инструмента,
обработавшего эти поверхности. Казалось бы, что в каждом конкрет-
ном случае можно скомпенсировать эти погрешности изменением
размера инструмента. Однако это далеко не так. Чем больше разби-
вание размеров, тем больше их рассеивание при неизменных условиях
обработки. Точность обработки (развертывания или нарезания резь-
бы) ниже. Изменением диаметра метчика, развертки или перенаст-
ройкой резьбонарезной головки можно лишь совместить центр группи-
рования размеров детали с серединой поля допуска на размер, что,
бесспорно, нужно делать всегда. Уменьшить рассеивание размеров,
т.е. повысить точность обработки, можно лишь за счет уменьшения
разбивания.

С точки зрения самого процесса резания нет причин для разбива-
ния, наоборот, должна бы быть усадка размеров отверстий на вели-
чину 2Ауп из-за упругого последействия обработанной поверхности
(рис. 4.1). В связи с округлением режущей кромки по дуге радиусом
р материал детали ниже какой-то линии аЬ уходит под заднюю по-
Рис 4 1 Обтекание режущего клина мате-
риалом обрабатываемой детали

верхность инструмента, деформируется пластически и упруго. Упругая
част ь деформации йуп восстанавливается, и диаметр отверстия умень-
шается, а наружной обрабо-
танной поверхности — уве-
личивается. Чем выше по-
ложение линии аЬ, линии
раздела потоков металла,
тем более толстый слой ме-
талла уходит под заднюю
поверхность, больше плас-
тическая и упругая дефор-
мация, больше И , больше
усадка отверстия. Увеличе-
нию Луп способствуют:
а) увеличение радиуса р ок-

ругления главных и особенно вспомогательных режущих кромок
режущего клина, в том числе за счет затупления;

б) увеличение радиуса скругления вершины режущего клина;

в) уменьшение трения в контактной зоне сс! (рис. 4.1) за счет хорошо
подобранной СОЖ или других мероприятий по уменьшению тре-
ния, например, за счет антифрикционных покрытий рабочих повер-
хностей режущего клина;

г) уменьшение скорости резания;

д) повышение упругих свойств обрабатываемого материала;

е) повышение твердости стали.

Однако в производственных условиях есть ряд причин, более силь-
но действующих, которые не только компенсируют усадку, но и при-
водят к разбиванию размеров. Тем не менее встречаются случаи
усадки: обработка пластмасс, нарезание резьбы в тонкостенных дета-
лях, упруго растягивающихся во время нарезания, тепловое расшире-
ние тонкостенных деталей от теплоты резания во время обработки.
Зафиксированы случаи поломки метчиков при вывертывании в резуль-
тате защемления от усадки размеров резьбы при остывании детали
после нарезания резьбы.
Причины разбивания размеров при развертывании и нареза-
нии резьбы метчиками:

а) несоосность обрабатываемого отверстия и жестко закрепленного
инструмента, особенно в случае вращения детали;

б) радиальное биение жестко закрепленного инструмента независимо
от причин, его вызывающих (биение самого инструмента, биение
шпинделя станка, неточность соединения инструмента со стан-
ком);

в) биение зубьев на заборной части инструмента, допущенное при
заточке (разновысотность зубьев);

г) неравномерная от зуба к зубу развертки или оз пера к перу мет-
чика затупленность инструмента. Неравномерная затунленность и
радиальное биение зубьев инструмента приводят к тому, что ось
вращения инструмента смещается с оси обрабатываемого отвер-
стия в сторону малонагруженного зуба или пера, т.е. в сторону,
противоположную от наиболее высокого или наиболее затупленно-
го зуба. Инструмент совершает планетарное движение вращается
не только вокруг своей оси, но и вокруг оси обрабатываемого
отверстия, что равнозначно радиальному биению в работе жестко
закрепленного инструмента;

д) работа без СОЖ или низкая смазывающая способность СОЖ в
конкретных условиях применения;

е) малая твердость обрабатываемого металла,

ж) повышенная “заборность” инструмента из-за увеличенных скорос-
тей резания, повышенной остроты заточки (малое округление ре-
жущих кромок), увеличенных передних и задних углов;

з) крепление инструмента в подвижных патронах с большим числом
подвижных сочленений, особенно с трением скольжения. Рекомен-
дуется упругоподатливое в радиальном направлении крепление в
обычных удлинителях или патронах сильфонного типа (см.п.2.3.1);

и) не оптимальная по точности обработки конструкция и геометрия
инструмента;

к) нарушение закона винтового движения метчика, плашки, резьбона-
резной головки или нарезаемой детали относительно резьбовой
фрезы;

л) деформация метчика.
Если причины разбивания по пунктам а)—з) понятны, а методы их
устранения очевидны, то пункты и)—л) требуют более подробного
рассмотрения.

Так же как и по стойкости, существуют геометрические парамет-
ры и элементы конструкции инструмента, оптимальные по точности
обработки. Причем на точности обработки они сказываются не сами
ио себе, а через явления, сопровождающие процесс резания, главным
образом через удельные давления (давления на единицу длины режу-
щей кромки или на единицу площади опорных поверхностей инстру-
мента) от сил, воздействующих на инструмент и деталь во время
резания. Эти силы нарушают закон винтового движения метчика. Так,
например, увеличение переднего угла метчика уменьшает силы реза-
ния, в том числе и осевые, которые являются главной причиной раз-
бивания резьбы (см.п. 1.8.1). С уменьшением осевых сил уменьшают-
ся удельные давления на опорные боковые режущие кромки метчика,
а именно, кромки, воспринимающие эти силы. Они обращены в сто-
рону хвостовика метчика. В результате уменьшается дополнительное
резание этими кромками (см.рис.1.60, г). Более точно соблюдается
закон винтового движения: уменьшается отставание метчика по шагу.
Как следствие — меньше разбивание среднего диаметра, меньше
погрешности шага и половины угла профиля нарезаемой резьбы. Точ-
ность резьбы и точность рсзьбообрабо1ки повышаются. С другой
стороны, увеличение переднего угла облегчает внедрение метчика в
материал нарезаемой детали под действием радиальных сил, являю-
щихся следствием их неравенства на разных перьях метчика. Нера-
венство радиальных сил обусловлено радиальным биением главных
режущих кромок метчика после заточки и разной длиной этих кромок
на разных перьях. Кроме того, радиальное биение жестко закреплен-
ного метчика создает дополнительную радиальную силу. Очевидно,
что вектор суммы этих сил приводит к бульшему разбиванию резьбы
при бульших значениях передних углов. Увеличение задних углов при
этом дополнительно способствует увеличению разбивания. Поскольку
влияние переднего угла противоречиво по характеру, то в каждых
конкретных условиях существуют свои оптимальные по точности
резьбообработки значения передних углов. Они могут быть вполне
Раздел 4 Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
определенными, наибольшими или наименьшими. Все зависит от кон-
струкции метчика, его точности и способа крепления, способа наре-
зания резьбы, состояния станка и других факторов, характеризующих
технологическую систему.

Если осевые силы воспринимаются нарезаемой резьбой (нарезание
резьбы методом самозатягивания мегчика), то наиболее сильное
влияние на разбивание резьбы оказывают задние вспомогательные
углы метчика, обеспечиваемые затылованием метчика по профилю
резьбы. Чем больше затылование (больше вспомогательные задние
углы), тем больше разбивание резьбы.

Главный угол в плане метчика сказывается на размерах резьбы
через разность радиальных сил на ею перьях. Чем больше эта раз-
ность, тем больше разбивание. Характер изменения разбивания с
увеличением угла в плане синусоидальный с увеличением амплитуды
в сторону бульших значений угла в плане. Это соответствует харак-
теру изменения разности в длине главных режущих кромок на проти-
воположных перьях метчика.

Угол наклона стружечных канавок влияет на значение вектора
суммы осевых сил. В каждом конкретном случае можно подобрать
такое значение угла, при котором вектор суммы осевых сил мини-
мальный, а стало быть, минимальное разбивание размеров резьбы,
нарезаемой методом самозатягивания метчика. Среднее значение
оптимального по точности угла наклона стружечных канавок состав-
ляет 30°. При этом канавки должны бьнь правыми для правой резьбы
и левыми для левой.

Аналогично влияние парамегров метчика и условий его эксплуата-
ции на отклонения шага нарезаемой резьбы, половины угла профиля и
формы среднего цилиндра. Более подробные сведения о погрешнос-
тях резьбы, нарезаемой метчиками, изложены в работах автора, опуб-
ликованных в периодической печати в 1963—1996 годах, например, в
работах [133; 134; 267—270] и др., где на основе экспериментальных
исследований убедительно доказано, что параметры метчика М16 и
условия резьбонарезания, влияющие на осевые силы, воздействующие
на метчик, способны изменять зону разброса размеров среднего ди-
аметра в 25 раз, от 30 до 760 мкм и более. Если сравнить эту зону
разброса с полями допусков на резьбу, то можно убедиться, что
точность резьбы, нарезанной в таких условиях, колеблется от 3-й
степени до 7-й и грубее.

Влияние параметров, связанных с радиальными силами, несколько
слабее, но второе по значимости. В условиях поставленного экспери-
мента точность резьбы М16 по этой причине изменялось всего лишь
в 10 раз.

Поскольку главной причиной низкой точности резьбы является
нарушение закона винтового движения метчика от воздействия осе-
вых и радиальных сил, то для повышения точности необходимо
уменьшать эти силы или ограничивать, а возможно, и нейтрализо-
вать их воздействие. Более плодотворно второе направление. Нейт-
рализовать влияние осевых сил можно за счет профильной или ком-
бинированной схем резания (см.п. 1.8.1 и рис. 1.60, б,в), но лучшим
решением является обеспечение метчику принудительной осевой
подачи по резьбовому копиру. Метчик при этом следует крепить не
в компенсационном патроне, а неподвижно в осевом направлении
относительно шпинделя станка. Только в этом случае осевые силы
воспринимаются не нарезаемой резьбой, а резьбой копира. Закон
винтового движения метчика не нарушается. Исключается подреза-
ние опорных сторон резьбы и разбивание ее размеров. Копир может
быть установлен на станке, что лучше, или копиром могут быть
задняя резьбовая направляющая часть метчика (см. рис. 2.53, з) и
резьбовая втулка приспособления или передняя резьбовая направля-
ющая часть метчика и предварительно прорезанная черновым мет-
чиком сквозная резьба нарезаемой детали (см. рис. 2.53,е). Зона
разброса размеров резьбы М16 в стали 45, нарезанной по резьбово-
му копиру, составила в условиях эксперимента 42 мкм, тогда как в
условиях самозатягивания этот же метчик обеспечил зону разброса,
в 13 раз большую, 535 мкм, и резьба вышла далеко за пределы поля
допуска даже 7-й степени точности. Поэтому нарезание резьбы по
резьбовому копиру является предпочтительным, так как высокая
точность резьбы обеспечивается при любых параметрах метчика,
которые можно выбирать по другим критериям, например, опти-
мальными по стойкости.
Ограничение влияния осевых сил, как изложено в и. 1.8.1 данной
работы, возможно за счет параметров самого метчика: опорные боч-
кообразные элементы на боковых сторонах профиля ею резьбы
(см.рис.1.58, з); уменьшенная вплоть до нуля величина затылования
по профилю; затылование по профилю не на всей ширине пера; огра-
ничение режущей способности боковых опорных режущих кромок
путем их притупления абразивным бруском.

Уменьшение осевых сил с целью повышения точности резьбообра-
ботки менее эффективно, чем нейтрализация или ограничение их вли-
яния. При необходимости уменьшить силы можно путем надлежаще-
го выбора схемы резания и геометрических параметров метчика.
Наиболее эффективны из них групповая схема резания (см.рис. 2.8, з),
возможная при нарезании резьб крупного шага, и тридцати! радусный
угол наклона винтовых стружечных канавок метчика — правых для
правой резьбы и левых для левой.

Уменьшение вектора суммы радиальных сил достшается умень-
шением радиального биения главных режущих кромок и выбором
оптимального значения угла в плане, выравнивающего длины режу-
щих кромок на перьях метчика [268], а закже уменьшением радиаль-
ного биения шпинделя станка, повышением точное! и установки мет-
чика и использованием патронов сильфонного типа (см. рис. 2.51, г)

Частичная нейтрализация действия радиальных сил возможна пу-
тем ограничения радиальных колебаний метчика за счет точного
направления по кондукторной втулке или нарезаемому отверстию.
Возможно использование горбообразных элементов, выполненных на
затылочных поверхностях заборной части метчика и воспринимаю-
щих радиальную силу. Влияние радиальных сил уменьшается при
уменьшении разбивания резьбы под действием осевых сил. В таких
случаях увеличивается “защемление” метчика, ограничивающее ею
радиальные колебания. С этой точки зрения полезны бочкообразные
метчики (рис. 1.58, з) и особенно режуще-выглаживающие, отличаю-
щиеся от бочкообразных тем, что небольшое бочкообразное затыло-
вание по профилю выполнено на всей длине резьбовой части, режущей
и калибрующей. Исправить дефекты, наведенные радиальными сила-
ми, можно использованием профильной или комбинированной схем
резания, но они, как указывалось
ранее (и.1.8.1), не рекомендуются
для нарезания резьбы в сталях и
других вязких материалах.

Деформацией метчика, влияю-
щей на разбивание, является его
закручивание под действием кру-
тящего момента [132]. В результа-
те перья метчика, если они были
параллельны оси, перекашиваются
и становятся слегка наклонными
или винтовыми (рис. 4.2) Вместе с
перьями поворачиваются на тот же
угол Аг находящиеся на них витки
резьбы. Угол подъема резьбы мет-
чика, измеренный но режущим
кромкам, сохраняется, равен т, но
на самих перьях становится буль-
шим на величину Ат В результате
витки резьбы метчика не совпада-
ют но направлению с впадинами
нарезаемой резьбы, а перекашива-
ются в них на ^Ат и расширяют их
на величину Да (рис. 4.2, в). Проис-
ходит разбивание нарезаемой резь-
бы. Влияние закручивания на раз-
бивание ощутимо для резьб М12 и
меньше. Уменьшить разбивание от
этой причины можно использовани-
ем бочкообразных метчиков. Боч-
кообразный зуб, даже перекашива-
ясь во впадине, не способен резать
боковой кромкой и расширять ее
(рис. 4.2, г) Положительные ре-
зультаты достигаются за счет

Рис 4.2 Последствия закручивания
метчика под действием крутящего
момента а — перекос пера
метчика и его зубьев на /Дт;
б—г — положение зубьев метчика
во впадине нарезаемой резьбы:
б — теоретическое; в — рабочее
обычного зуба; г — рабочее
бочкообразного зуба
Разд ел 4. Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
многопроходного нарезания или других методов уменьшения крутя-
щего момента. В условиях массового производства можно рекомен-
довать нарезать резьбу на специальных станках метчиками, враща-
емыми за два хвостика: обычный задний и дополнительный пере-
дний. Вероятность поломок метчиков в таких случаях тоже умень-
шается.

Нарезание наружных резьб плашками и резьбонарезными головка-
ми сопровождается теми же явлениями. И здесь главными причинами
разбивания резьбы являются осевые и радиальные силы. Мероприя-
тия по ограничению или нейтрализации их влияния в принципиальных
решениях аналогичны тем, что и при нарезании резьбы метчиками.
Только разница в том, что под разбиванием резьбы следует понимать
не увеличение ее среднего диаметра, а уменьшение.

При нарезании резьбы метчиками, плашками и резьбонарезными
головками очень важно точное начальное положение резьбообразую-
щего инструмента относительно нарезаемого отверстия. Если первые,
хотя и неполные, витки резьбы будут нарезаны с перекосом, то при
дальнейшем нарезании они будут в таком же направлении вести резь-
бообразующий инструмент. Сопротивление самого отверстия такому
направлению приведет к повышенным погрешностям формы среднего
цилиндра нарезаемой резьбы: овальности, конусности, корсетности

Оптимальными по точности обработки параметрами развертки
являются: возможно меньшие углы в плане на режущей и калибрую-
щей частях, минимальное радиальное биение главных и вспомога-
тельных режущих кромок и возможно большая ширина круглошлифо-
ванных ленточек. Тем не менее наиболее высокая точность размеров
и формы обработанных отверстий достигается развертками с кольце-
вой заточкой (см.рис.1.35) с главным углом в плане 90°. В этих
случаях исключается влияние на разбивание отверстий радиального
биения главных режущих кромок развертки.

4.4.7. Большая шероховатость обработанных поверхностен

Различают два вида микронеровностей на обработанной поверх-
ности:

а) геометрические;

б) неровности, определяемые чистотой среза.

Геометрические неровности — это как бы следы режущего клина
на обработанной поверхности. На обточенной поверхности — это
резьба с профилем небольшой высоты и с шагом, равным подаче
резца на оборот детали. На поверхности, фрезерованной торцовыми
фрезами, — дуговые порожки небольшой высоты, отстоящие друг от
друга на величину подачи на зуб фрезы. Инструменты с главным
прямолинейным движением (строгание, протягивание) формируют
прямолинейные параллельные друг другу порожки. Такие неровности
принято называть остаточными несрезанными слоями (см. слои “О”
на рис. 1.60, г; 2.11,2.24) и измерять в направлении, перпендикулярном
движению режущего клина по обработанной поверхности. Уменьше-
ние геометрических неровностей обеспечивают мероприятиями, осно-
ванными на геометрических представлениях:

а) уменьшают подачу, что крайне невыгодно, снижается производи-
тельность обработки. Практически единственно возможный спо-
соб при нарезании зубьев обкатными инструментами;

б) уменьшают углы в плане, главным образом вспомогательные;
в) затачивают дуговые переходные режущие кромки (рис. 2.23, а);
г) затачивают зачистные режущие кромки (рис. 2.24). Наиболее эф-
фективный способ;

д) уменьшают подрезание резьбы от воздействия осевых сил.

К геометрическим микронеровностям относят неровности от виб-
раций, которые устраняют ранее изложенными методами.

Неровности, зависящие от чистоты среза, формируются и измеря-
ются в направлении движения режущего клина. Они образуются за
счет надиров, наволакивания тянущегося за режущим клином плас-
тичного металла, сорванного нароста и микроуглублений после отде-
ления элементов стружки надлома при обработке хрупких материа-
лов, например, чугуна. Уменьшить высоту таких микронеровностей
можно следующими мероприятиями:

а) увеличением передних углов инструмента;

б) уменьшением пластичности обрабатываемого металла;

в) уменьшением трения на контактных поверхностях инструмента
путем выбора наиболее подходящих СОЖ, методов ее подачи и
нанесением антифрикционных покрытий;

г) работой в зоне скоростей резания, когда нарост еще мал (до
6 м/мин) или уже исчезает (свыше 40—100 м/мин).
4.4.8. Неполадки, связанные с неблагоприятной
микроструктурой обрабатываемой стали

Неполадки в работе режущими инструментами часто связаны с
неудовлетворительной микроструктурой, обусловленной неправильной
термической обработкой прутков или поковок, даже если все осталь-
ные условия обработки благоприятны [237]. От микроструктуры ста-
ли зависят:

♦ стойкость инструмента;

* шероховатость обработанной поверхности;

♦ налипания обрабатываемого металла на задние поверхности инст-
румента;

♦ вибрации со всеми неполадками.

При внезапном появлении таких неполадок обязательно проводят
металлографические исследования микроструктуры стали на микро-
скопах с увеличением не менее х500, чтобы детально выяснить ха-
рактер микроструктуры.

Микроструктура “сырой” стали состоит из феррита и перлита.
Феррит — это чистое железо. Он очень мягкий, склонен к налипаниям
на инструмент, но обладает низкой истирающей способностью, обус-
ловливающей высокую стойкость инструмента. Перлит — соедине-
ние железа с углеродом. Различают зернистый, пластинчатый и сор-
битообразный перлит (пластинчатый перлит с очень тонкими пластин-
ками цементита). Цементит — очень твердый, обладает высокой
истирающей способностью. Чем тоньше пластинки цементита, тем
истирающая способность выше. Стойкость инструмента при резании
цементита низкая, но нет налипаний на поверхностях инструмента и
чистый срез, обеспечивающий малую шероховатость обработанной
поверхности. Из изложенного нетрудно сделать вывод, что соответ-
ствующим соотношением и взаимным расположением составляющих
микроструктуры можно обеспечить достаточно высокими нужные
нам показатели обрабатываемости стали. В основном желательны
структуры с составляющими небольшой зернистости и равномерным
расположением по объему заготовки. Отсутствие скоплений феррита
уменьшает налипания на инструмент и уменьшает шероховатость
обработанных поверхностей, а отсутствие скоплений перлита повыша-
ет стойкость инструмента.

Малоуглеродистые стали (содержание углерода до 0,3 %) дол-
жны иметь структуру феррита и пластинчатого, а лучше — сорбито-
образного перлита. Зерна перлита должны быть равномерно располо-
жены в ферритном поле. Резко выраженная строчечность феррита и
его крупные колонии увеличивают налипания на инструмент и шеро-
ховатость .поверхностей, обработанных с низкими скоростями. На-
блюдается повышенная склонность к вибрациям, особенно в случае
зернистого перлита.

Стали со средним содержанием углерода (0,35—0,55 %) для
обеспечения удовлетворительной стойкости инструмента и малой
шероховатости поверхностей, обработанных с низкими скоростями
резания, должны иметь структуру пластинчатого перлита и феррита в
виде сетки или некрупных зерен. Зернистый перлит вместо пластин-
чатого предпочтительнее при работе с высокими скоростями. Стой-
кость режущего инструмента при этом выше и шероховатость обра-
ботанной поверхности удовлетворительная. Резание зернистого перли-
та с низкими скоростями (до 10—15 м/мин) сопровождается налипа-
ниями, повышенной шероховатостью обработанной поверхности с
характерными неровностями в виде надрывов и повышенной чувстви-
тельностью к вибрациям из-за роста сил резания.

Высокоуглеродистые стали должны иметь структуру зернисто-
го перлита. Пластинчатый перлит не допускается, так как стойкость
режущего инструмента при этом низкая. Шероховатость обработан-
ных поверхностей заготовок с зернистым перлитом чуть больше, чем
с пластинчатым, но значительно ниже, чем в случае зернистого пер-
лита у среднеуглеродистых сталей. Поэтому с точки зрения шерохо-
ватости зернистый перлит высокоуглеродистых сталей вполне прием-
лем, тем более, что в большинстве случаев детали из высокоуглеро-
дистых сталей подвергаются последующей закалке и шлифованию.
Исходная шероховатость после лезвийной обработки в таких случаях
не имеет значения.
Карбиды легирующих элементов, имеющиеся в высокоуглеродис-
тых сталях, должны быть равномерно расположены и иметь неболь-
шие размеры. Скопления карбидов и их строчечность не допускают-
ся, так как при этом понижается не только стойкость режущих инст-
рументов, но и прочность самих обрабатываемых деталей.

Отдельно необходимо отметить, что обрабатываемость сталей,
без понижения их механических свойств, можно значительно улуч-
шить микродобавками серы, свинца, силикокальция, селена, теллура и
других элементов. Микролегирование стали повышает стойкость ин-
струментов от 1,5 до 3 раз. Во столько же раз снижается расход
режущего инструмента [221].

Контрольные вопросы

1. Неполадки с режущими инструментами в процессе эксплуатации.
2. Причины низкой стойкости инструментов и способы ее повышения.
3. Причины выкрошивания режущих кромок и поломок инструмента.
4. Вибрации при резании. Их причины и следствия.

5. Причины налипаний обрабатываемого металла на рабочие повер-
хности инструмента. Последствия налипаний. Методы борьбы с
налипаниями.

6. Погрешности размеров и формы поверхностей, обработанных фа-
сонными инструментами.

7. Факторы, влияющие на усадку и разбивание размеров детали
сверлами, зенкерами и развертками.

8. Взаимосвязь между разбиванием и рассеиванием размеров, т.е.
точностью обработки.

9. Влияние параметров метчика и условий его эксплуатации на раз-
бивание размеров резьбы (среднего диаметра, шага, половины
угла профиля).

10. Причины разбивания размеров резьбы метчиками и методы их
устранения.

11. Мероприятия по уменьшению шероховатости обработанных по-
верхностей.

12. Влияние микроструктуры стали заготовок на их обрабатывае-
мость.

13. Мероприятия по улучшению обрабатываемости стали.
4.5. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНСТРУМЕНТОВ
В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

Автоматические линии на базе агрегатных станков и особенно
станков с ЧПУ очень дорогие. В течение срока морального старения
они должны перенести свою стоимость и затраты, связанные с их
эксплуатацией, на детали, обработанные за этот срок. Причем не
просто перенести, а перенести в минимальном объеме. Приведенные
затраты на обработку детали должны быть минимальными. Поэтому
главное требование к эксплуатации инструмента в автоматизирован-
ном производстве — обеспечение высокой производительности
обработки.

Все предыдущие рекомендации по проектированию, изготовлению
и эксплуатации инструментов в полной мере отвечают на вопрос, как
достигнуть высокой производительности за счет режимов резания. Но
производительность линии или отдельного станка зависит еще и от
вспомогательного времени на замену инструментов, затупившихся
или вышедших из строя по поломкам, выкрошиваниям или другим
причинам. Значит, сами инструменты должны обладать высокой раз-
мерной стойкостью и повышенной надежностью, а их эксплуатацию
следует организовать таким образом, чтобы простои оборудования
при замене инструментов были минимальными.

Прежде всего инструменты должны быть бесподналадочными и
быстросменными. Замену инструментов надо осуществлять не по
мере затупления каждого из них ( в этом случае автоматическая
линия с жесткой связью непрерывно простаивает), а принудительно,
целыми группами после наработки определенного числа циклов (обра-
ботки определенного количества деталей), в течение которого надеж-
ная работа инструмента гарантирована. Группы составляют из инст-
рументов, имеющих приблизительно одинаковую стойкость.

Для повышения надежности работы инструментов их надо долж-
ным образом крепить на станках и исключать причины тех неполадок,
которые изложены выше.

Повышение размерной стойкости возможно путями повышения
режущей стойкости вообще, известными из предыдущего изложения,
автоматической подналадкой, если ресурс режущей стойкости не ис-
Раздел 4. Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
черпан, использованием инструментов с обновляющимися режущими
кромками. Последнее подразумевает использование осевых передви-
жек червячных фрез, проходных резцов с круглой пластинкой или с
длинной прямолинейной режущей кромкой. Они допускают авюмати-
ческий ввод в работу свежих незатупленных участков кромки. В
сжатом виде мероприятия, изложенные выше, представлены графом
на рис. 1.88.

В безлюдных или малолюдных, если можно так выразиться, произ-
водствах, например, автоматические линии, практически некому на-
блюдать за работой инструментов и теми неполадками, которые мо-
гут произойти. Производства должны быть оснащены автоматически-
ми устройствами, выполняющими функции наблюдения и принимаю-
щими решения по устранению неполадок и, если возможно, устраня-
ющими эти неполадки. Так, автоматические линии оснащают устрой-
ствами, выполняющими следующие функции*
а) не допускают перегрузок и поломок инструментов на основе ре-
зультатов автоматического измерения сил резания приборами с
тензометрическими или пьезоэлектрическими датчиками;

б) предотвращают появление брака, обеспечивая подналадку обору-
дования по результатам измерения параметров обработанных де-
талей;

в) своевременно обнаруживают поломки инструментов путем их
“ощупывания” электроконтактными, индуктивными и другими при-
борами, дающими команду на остановку обработки.

Более приемлемыми являются, естественно, активные методы
наблюдения, позволяющие предупредить поломки инструмента и по-
явление брака по размерам обработанных деталей. Это — тензомет-
рирование сил резания или слежения за износом инструмента прибо-
рами с фотоэлектрическими датчиками, воспринимающими пучок
света, отраженный от изношенной поверхности инструмента. Принци-
пиальные схемы подобных устройств можно найти в специальной
литературе, в том числе в работе [3].

4.6. ОРГАНИЗАЦИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА

Организационные вопросы наряду с техническими достаточно
сильно влияют на производительность обработки и расход инструмен-
тов. Для их решения на предприятиях создаются инструментальные
службы, главной задачей которых является инструментообеспечение
рабочих мест на основе разработки норм расхода режущих инстру-
ментов с учетом улучшения их эксплуатационных свойств и грамот-
ного использования. Поэтому все вопросы, начиная с составления
заявок в потребности покупных инструментов и инструментов соб-
ственного изготовления, их перевозок, хранения и выдачи до восста-
новления инструментов, их списания и сбора отходов вольфрамосо-
держащих материалов, находятся в поле зрения этих служб.

Важнейшим из вопросов является организация переточки затупив-
шихся инструментов. Во многих случаях переточка таких инструмен-
тов, как резцы, сверла, зенкеры и даже торцовые фрезы, выполняется
па точилах вручную или с применением простейших приспособлений
на универсально-заточных станках рабочими-станочниками основно-
го производства. В этих случаях, как правило, нарушаются рекомен-
дации по подбору абразивных кругов и режимов заточки. Доводка
режущих кромок не выполняется. Качество заточки не контролирует-
ся. В результате снижается стойкость, уменьшается ресурс работы
инструментов, что приводит к повышенному его расходу. Поэтому на
машиностроительных заводах совершенно необходима организация
централизованной заточки квалифицированными рабочими-заточника-
ми на специальных участках, оснащенных необходимым оборудовани-
ем и технологической оснасткой, с соблюдением всех требований
технологии заточки (см.п.3.5 настоящей работы) и контролем каче-
ства. На этих участках целесообразно осуществлять сборку и восста-
новление сборных инструментов с использованием специальных сбо-
рочных и контрольных приспособлений. Опыт внедрения централизо-
ванной заточки свидетельствует о том, что при правильной ее орга-
низации производительность труда рабочих основного производства
повышается на 3—5 % за счет сокращения простоев оборудования во
время переточек режущего инструмента и уменьшается расход инст-
рументов из-за увеличения ресурса их работы на 8—10 %.

Важными, с точки зрения сокращения расхода инструментов, явля-
ются и следующие стороны деятельности инструментальных служб:
Р аздел 4 Основы рациональной эксплуатации режущих инструментов
♦ разработка и внедрение мероприятий по повышению качества ре-
жущих инструментов за счет совершенствования их конструкции,
применения прогрессивных режущих материалов, организации по-
вышения режущей способности инструментов нанесением износо-
стойких покрытий и другими методами;

♦ технический надзор за соблюдением технологической дисциплины
(качество и стабильность свойств обрабатываемых заготовок,
соблюдение режимов резания, смазки и охлаждения, своевремен-
ность смены затупившихся режущих инструментов),

♦ анализ причин преждевременного выхода инструментов из строя;
♦ разработка инструкций, стандартов предприятия но рациональной
эксплуатации инструментов и контроль за их исполнением.

Таким образом, поиск путей рациональной эксплуатации режущих
инструментов на предприятиях дает возможность определить основ-
ные направления работ, которые наиболее целесообразно вести ком-
плексно, решая как организационные, так и технические вопросы
Только такой путь наиболее полно обеспечивает возможность повы-
шения производительности труда, улучшения качества обработанных
деталей и снижения удельного расхода режущих инструментов, т.е.
обеспечивает минимум затрат на изготовление объектов производ-
ства.

Контрольные вопросы

I. Особенности эксплуатации инструментов в автоматизированном
машиностроении.

2. Вопросы, решаемые в процессе организации инсфументального
хозяйства.

3. Влияние организации инструментального хозяйства на расход ре-
жущих инструментов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Тематическая подборка

К РАЗДЕЛУ 1

Учебная литература

1. Алексеев Г. А., Аршинов В. А., Кричевская Р.М. Конструирование инстру-
мента. — М.: Машиностроение, 1979. — 383 с.

2. Кочергин А. И.» Пикус М. Ю., Шагун В. И. Металлообрабатывающие стан-
ки, линии и инструменты. — Мн.: Выш. шк., 1979. — 574 с.

3, Металлорежущие инструменты / Г.Н.Сахаров, О.Б.Арбузов,
Ю П.Боровой и др. — М.: Машиностроение, 1989. — 328 с.

4. Режущий инструмент и инструментальное обеспечение автоматизированного
производства. Учеб, пособие для вузов / Е.Э.Фельдштейн, МЛ.Еременко, М А.Кор-
ниевич и др.; Под общ. ред. Е.Э.Фельдштейна. — Мн.: Высш, шк., 1993. —424 с.

5. Родин П. Р. Металлореж ущие инструменты. — Киев: Вищ. шк., 1974. — 399 с.

6. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н. Проектирование металло-
режущих инструментов — М : Машгиз, 1962. — 952 с

7. Четвериков С. С. Металлорежущие инструменты.—М.: Высш, шк., 1965. —730 с.

8. Ящерицын П. И., Еременко М. Л., Жигалко Н. И. Основы резания материа-
лов и режущий инструмент. — Мн.. Выш. шк., 1981. — 560 с.

9. Гуляев А. П., Малин кина К. А., Саверина С. М. Инструментальные стали:
Справочник —М/Машиностроение, 1975. — 272 с.

10. Металлорежущий инструмент: Каталог. — 4.1. Резцы и фрезы. — М ' НИИ-
маш, 1983. — 144 с

11. Металлорежущий инструмент: Каталог. — 4.2. Инструмент для обработки
отверстий —М.. НИИмаш, 1983.— 192 с.

12. Металлорежущий инструмент: Каталог. — 4 3. Резьбообрабатывающий,
трубо- и муфтообрабатывающий инструмент. — М.: НИИмаш, 1983. — 108 с.

Инструментальные материалы

13. Гурин М. Ф., Гурин В. Ф. Перспективные инструментальные материалы. —
М.. Машиностроение, 1984. — 62 с.

14. Инструментальные стали и их термическая обработка. Справочник / Под.
ред. Л.С. Кремнева. — М . Металлургия, 1982. — 312 с.

15. Инструментальные материалы и их применение* Обзор. — М.: НИИмаш,
1983. —64 с.

16. Космачев И. Г. Инструментальные материалы. —Л.: Лениздат, 1975. —120 с.

17. Качер В. А. Материалы режущих инструментов. — Харьков: Прапор,
1970 — 126 с

18. Креймер Г. С. Прочность твердых сплавов. — М.: Металлургия, 1971.—247 с.

19. Керамические инструментальные материалы / ГГ. Гнесин, И.И. Осипова,
Г Д. Ронталь и др., Под ред. Г.Г. Гнесина. — Киев. Тэхника, 1991. — 390 с.
20. Шишков В. Д., Кириченко Ю. И., Кулешова И. В. Современное состояние
и тенденции развития материалов для режущего инструмента. Обзор. — М *
НИИмаш, 1980. —67 с.

См, также источники [9, 232]

Абразивные материалы и инструменты

21. Абразивные материалы и инструменты. Каталог-справочник / ВНИИАШ
— М.: НИИмаш, 1981 —360с.

22. Абразивный инструмент из эльбора: Каталог. — М НИИмаш, 1973 — 58 с

23. Алмазные инструменты в машиностроении / Под ред И Г. Космачева.—
Л.: Лениздат, 1965. — 261 с.

24. Гаршин А. П., Гропянов В. М., Лагунов Ю. В. Абразивные материалы —
Л.: Машиностроение, 1983. —231 с.

25. Кудасов Г. Р. Абразивные материалы и инструменты — М —Л.. Машгиз,
1960. —102 с

26. Несмелое А. Ф. Алмазные инструменты в промышленности. — М. Маши-
ностроение, 1964. — 340 с

27. Синьковский Л. К., Колчеманов Н. А. Современные алмазные шлифовальные
инструмоггы и методы контроля их качества Обзор. — М НИИмаш. 1975. — 52 с.
28. Типаж абразивного инструмента из эльбора на 1981—1985 гг. /ВНИИАШ —
М.: НИИмаш, 1980. —31 с.

См также источник [151],

Резцы

29. Грановский Г. И., Панченко К. П. Фасонные резцы. — М Машинострое-
ние, 1972. — 309 с.

30. Дарманчев С. К. Фасонные резцы — М. — Л Машгиз, 1950. — 142 с.

31. Лезвийные инструменты из сверхтвердых материалов на основе нитрида
бора. Конструкция и эксплуатация резцов из сверхтвердых материалов на ос-
нове нитрида бора’ Методические рекомендации / ВНИИинструмент [Г.В Бо-
ровский и др.]. — М/ НИИмаш, 1980. — 60 с.

32. Ротационное резание материалов / П И.Ящерицын, А В.Борисенко, В Я.Ле-
бедев и др. — Мн.: Наука и техника, 1987 — 229 с.

33. Чернявский Ф. Г. Современные тенденции развития сборных резцов с
иеперетачиваемыми пластинами. — М НИИмаш, 1983. — 56 с

См также источник [240]

Сверла, зенкеры, развертки

34. Прогрессивные инструменты для обработки отверстий, конструкция, тех-
нология изготовления, эксплуатация // Сб. тр. ВНИИ. — М. ВНИИинструмент:
Под ред. Д И. Семенченко., 1979. — 104 с

35. Развертки однолезвийные твердосплавные. Рекомендации по конструиро-
ванию и эксплуатации / ВНИИ. — М.: ВНИИинструмент, 1975 — 32 с.

36. Режущий инструмент. Зенкеры и развертки. — М.. Стандартгиз, 1969 — 110 с.

37. Твердосплавные сверла одностороннего резания с внутренним подводом
СОЖ: Методические рекомендации по конструированию, технологии изготов-
ления и эксплуатации / ВНИИ [А.И. Мещеряков]. — М.: ВНИИинструмент,
1981 —68 с.

См также источники [111, 242—245].

Фрезы

38. Журавлев С. А., Шифрин А. Ш. Фрезы. —Л.: Машиностроение, 1964.—233 с.

39. Корытный Д. М. Фрезы. — М.: Машгиз, 1963. — 115 с.

40. Конструкции и эксплуатация фрез торцовых с ножами из композита: Мето-
дические рекомендации. — М.. ВНИИинструмент, 1978. —26 с.

41. Кудевицкий Я. В. Фасонные фрезы. —Л.: Машиностроение, 1978. — 176 с.

42. Тамбовцев С. С. Современные конструкции фрез и перспективы их разви-
тия. — М.: ВНИИинструмент, 1966. — 26 с.

См. также источники [246—249].

Протяжки

43. Жигалко Н. И., Лемешонок В. Д, Ковзель Н. И. Протяжки для обработки отвер-
стий большой длины / Под общ. ред. Н.И.Жигалко— Мн.. Выш. шк., 1973.— 124.

44. Кацев П. Г. Протяжные работы: Учеб, пособ. — М.: Высш, шк., 1985. — 191 с

45. Маргулис Д. К. Протяжки переменного резания. — М. — Свердловск:
Машгиз, 1962. — 269 с.

46. Скиженок В. Ф., Лемешонок В.Д., Цегельников В. П. Высокопроизводи-

тельное протягивание. — М.* Машиностроение, 1990. — 240 с.

См также источники [115—121, 250—252]

Резьбообразующие инструменты

47. Боярунас А. М. Выдавливание резьб бесстружечными метчиками* Обзор. —
М.. НИИмаш, 1976. —55 с.

48. Трудов А. А., Комаров П. Н. Высокопроизводительный резьбообразующий
инструмент: Обзор. — М : НИИмаш, 1980. — 64 с

49. Загурский В. И. Прогрессивные способы обработки резьбы. — М.— Свер-
дловск: Машгиз. 1960.— 164 с.

50. Меньшиков В. М., Урланов Г. П., Середа В. С. Бесстружечные метчики. —

М : Машиностроение, 1979. — 165 с

51. Нарезание резьбы метчиками-протяжками: Руководящие материалы. — М..
ВНИИинструмент, 1967. — 33 с

52. Султанов Т. А. Резьбонакатные головки — М.: Машиностроение, 1966. — 135 с.

53. Фрумин Ю. Л. Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент. —
М.: Машиностроение, 1977. — 183 с.

54. Эпштейн В. М., Рыбак С. И., Диденко С. И. Твердосплавные метчики. —

Киев: Наук, думка, 1984. — 151 с.

См. также источники [ 130—132, 253]

Обкаточные инструменты

55. Моисеенко О. И., Павлов Л. Е., Диденко С. И. Твердосплавные зуборезные
инструменты. — М : Машиностроение, 1977. — 189 с.

56. Моисеенко О. И. Зуборезные инструменты, оснащенные прогрессивными
режущими материалами. — Киев: Вища шк., 1986. — 156 с.
57. Павлов Л. Е., Цвис Ю. В. Современные конструкции зубообрабатываю-
щих инструментов, — М.: Машиностроение, 1972. — 40 с.

58. Сидоренко А. К. Червячные фрезы. — М Машиностроение, 1980. — 81с.

59. Сахаров Г. Н. Обкаточные инструменты. — М.: Машиностроение, 1983 — 230 с

6& Шевченко А. Н. Современный зарубежный зуборезный инструмент: Об-
зор. — М.: НИИмаш, 1976 — 56 с.

См также источники [122—129]

Комбинированные инструменты

61. Жарликов Н. В. Комбинированные режущие инструменты. — М. — Свер-
дловск. Машгиз, 1961. — 78 с.

См также источники [1—8].

Инструменты автоматизированного машиностроения

62. Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и ГПС / И.Л.Федюшин,
Я.А.Музыкант, А И.Мещеряков и др. — М.: Машиностроение. 1990. — 271 с.

63. Кузнецов Ю. И., Маслов А. Р., Байков А. Н. Оснастка для станков с ЧПУ —

М . Машиностроение, 1990. — 512 с

64. Рывкин Г. М. Инструментальная оснастка для автоматизированного произ-
водства. — М.: Машиностроение, 1972. — 137 с.

65. Фельдштейн Е. Э. Режущий инструмент и оснастка станков с ЧПУ:
Справочное пособие. — Мн . Выш. шк, 1988 — 336 с.

См также источники [137; 138]

Прогрессивные конструкции инструментов

66. Боровский Г. В. Режущий инструмент из сверхтвердых материалов: Обзор. —
М.: НИИмаш, 1984. —56 с.

67. Высокопроизводительные инструменты из гексанита Р / Г. Г. Карюк, А В.
Бочко и др. — Киев: Наукова думка, 1986. — 135 с

68. Дьяков А. Т., Ясинский Г. И. Прогрессивный режущий инструмент в ма-
шиностроении. — Л.: Машиностроение., 1972. — 224 с.

69. Инструмент из эльбора* Каталог. — М : НИИмаш, 1976. — 60 с.

70. Коротков Ю. В., Имшенник К. П. Инструмент с вклеенными режущими
элементами: Обзор. — М.: НИИмаш, 1983. — 67 с.

71. Лещинер Я. А., Свнринский Р. М., Ильин В. В. Лезвийные режущие инст-
рументы из сверхтвердых материалов — Киев: Тэхника, 1981. — 120 с

72. Лезвийные инструменты из сверхтвердых материалов на основе нитрида
бора: Методические рекомендации / В.П.Жедь, Г.В.Боровский, Я.А Музыкант,
С.УМолодых. — М.: НИИмаш, 1980. — 57 с.

73. Лезвийный инструмент из композита. Обзор. — М.: НИИмаш, 1979 — 52 с

74. Лысанов В. С. Высокопроизводительный инструмент из эльбора. — М *
Машиностроение, 1975. — 35 с.

75. Маслов А. Р. Современные тенденции развития режущих инструментов. —
М.: НИИмаш, 1984. —52 с.

76. Музыкант Я. А., Самойлов В. С. Режущие инструменты с пластинами из
безвольфрамовых твердых сплавов. — М.: НИИмаш, 1984 — 58 с
77. Новые конструкции и прогрессивная технология производства инструмен-
та / ВНИИ. — М ♦ ВНИИинструмент, 1984 — 424 с.

78. Проскурин Г. Н., Логачев В. Ф. Прогрессивный режущий инструмент. —
М. Машиностроение, 1979. — 43 с.

79. Прецизионные твердосплавные монолитные режущие инструменты /
Ю.С. Тарасевич и др. — М.. Машиностроение, 1971. — 49 с.

80. Музыкант Я. А., Самойлов В. С. Режущий инструмент из сверхтвердых
материалов. — М.. НИИмаш, 1984. — 56 с.

81. Режущие инструменты с пластинами из безвольфрамовых твердых спла-
вов. — М.. НИИмаш, 1984. — 60 с.

82. Сборный твердосплавный инструмент / Под ред. Г.Л.Хаета — М : Маши-
ностроение, 1989. — 256 с

83. Современные конструкции сборного инструмента с многогранными непе-
ретачиваемыми пластинами: Обзор / Д. В. Кожевников, И.В. Кулешова и др —
М. НИИмаш, 1979. —57 с.

84. Эффективность и перспективы применения режущих инструментов из
сверхтвердых материалов, твердых сплавов и керамики / Под ред. В.П.Жедь. —
М . ВНИИинструмент, 1986.— 123 с.

См также источники [226, 227].

К РАЗДЕЛУ 2

Учебная и учебно-методическая литература

85. Инструментальные системы автоматизированного производства /
РИ Гжиров, В А. Гречишников, В. Г. Логашев и др — Санкт-Петербург.
Политехника, 1993 —399 с.

86. Нефедов Н. А., Осипов К. А. Сборник задач и примеров по резанию метал-
лов и режущему инструменту — М Машиностроение, 1984. — 400 с.

87. Режущий инструмент Курсовое и дипломное проектирование Учебное
пособие / Под ред Е.Э.Фельдштейна —Мн. Дизайн ПРО, 1997. — 384 с

88. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструмен-
тов / Под ред. Г.Н Кирсанова. — М. Машиностроение, 1986. — 288 с.

См также учебную литературу [I—8].

Справочная литература

89. Кацев П. Г. Обработка протягиванием. Справочник —М/ Машинострое-
ние, 1986. —272 с

90. Королев В. А», Зотов П. М», Марголин Л. С. Справочник инструментальщи-
ка — Мн.: Беларусь, 1976. —416 с

91. Климов В. И., Лернер А.С., Пекарский М. Д. Справочник инструменталь-
щика-конструктора — М.: Машгиз, 1958 —608 с

92. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент* Справочник /
В С Самойлов и др — М : Машиностроение, 1988. — 367 с.

93. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими ма-
териалами и их применение: Справочник / В.П.Жедь и др. — М.. Машиностро-
ение, 1987. — 320 с.
94. Справочник инструментальщика /ИА Ординарцев, Г В Филипов,
А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева — Л Машиностроение
Ленингр.отд-ние, 1987. — 846 с.

95. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой,
Р.К.Мещерякова.— М Машиностроение, 1986. —496 с

96. Справочник технолога по автоматическим линиям! Под ред А.Г.Косило-
вой — М.: Машиностроение, 1982. — 320 с.

97. Шатин В. П., Шатин Ю. В. Справочник конструктора-инструментальщика.
— М.: Машиностроение, 1975. — 456 с.

98. Шатин В. П., Денисов П. С. Режущий и вспомогательный инструмент.
Справочник. — М.. Машиностроение, 1968. — 420 с

См. также источник [9].

Общие вопросы прооектирования

99. Бобров В. Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромки инструмента
на процесс резания металлов. — М Машгиз, 1962 — 151 с.

100. Кирсанов Г. Н. Проектирование инструмента. Кинематические методы —
М.: Станкин, 1978. — 70 с.

101. Коновалов Е. Г., Сидоренко В. А., Соусь А. В. Прогрессивные схемы рота-
ционного резания металлов. — Мн.: Наука и техника, 1972. — 269 с

102. Люкшин В. С. Теория винтовых поверхностей в проектировании режу-
щих инструментов. — М : Машиностроение, 1968. — 368 с.

103. Лурье Г. Б. Наладка и подналадка режущего инструмента на размер. —
М.: Высш, шк ,1981. — 80 с.

104. Макаров А. Д. Износ и стойкость режущих инструментов — М. Машино-
строение, 1966. — 264 с.

105. Наладка агрегатных станков / С.И.Федоров и др. — М.: Машиностроение,
1982. —232 с.

106. Применение новых инструментальных материалов и режущего инстру-
мента на их основе: Методические рекомендации / ВНИИинструмент
1Д. И. Семенченко и др ]. — М.. ВНИИТЭМР, 1990 — 100 с

107. Расчет, конструирование, технология изготовления и организация внедре-
ния клеевых режущих инструментов: Методические рекомендации / ВНИИин-
струмент [Ю.В Коротков]. — М • НИИмаш, 1984. — 56 с.

См. также источники [13—20. 62—84, 167, 189, 203, 226, 227, 232, 233].

Автоматизированное проектирование режущих инструментов

108. Лашнев С. И., Юликов М. И. Расчет и конструирование металлорежущих
инструментов с применением ЭВМ. — М.: Машиностроение, 1975. — 392 с.

109. Основы проектирования режущих инструментов с применением ЭВМ /
П.И. Ящерицын, Б.И.Синииын, Н ИЭКигалко и др — Мн * Выш шк., 1979. — 304 с
ПО. Проектирование и расчет металлорежущего инструмента на ЭВМ /
О В. Таратынов, ГЕЗемсков, Ю П.Тарамыкин и др —М Высш, шк, 1991 —422 с.

Проектирование инструментов для обработки отверстий

111. Современная технология и инструмент для обработки глубоких отверстий:
Обзор. — М.: НИИмаш, 1981. — 68 с

См также источники [34—37, 243]

Проектирование резцов и фрез

112. Либерман А. И. Расчет многолезвийных инструментов, работающих мето-
дом копирования. — М.: Машгиз, 1962. — 360 с

ИЗ. Фрайфельд И. А. Расчет и конструирование специального металлорежу-
щего инструмента. — М.—Л.: Машгиз, 1957. — 196 с.

114. Цепков А. В. Профилирование затылованных инструментов. — М.: Ма-
шиностроение, 1979. —150 с.

См также источники [29—33; 38—42; 248]

Проектирование протяжек

115. Горецкая Э. Д. Протягивание с большими подачами. — М.: Машгиз,
1960.—204 с.

116. Жигалко Н. И., Лемешонок В. Д., Ковзель Н. И. Протяжки для обработки
поверхностей большой длины. — Мн.: Выш. шк., 1978. — 126 с.

117. Кацев П. Г. Протягивание глубоких отверстий. — М.: Оборонгиз, 1957.—231 с.

118. Протяжки для обработки отверстий / Д.К. Маргулис, М.М.Тверской,
В.Н Ашихлин и др. — М.: Машиностроение, 1986. — 232 с.

119. Прочность твердосплавных рабочих элементов деформирующих протя-
жек / А. М. Розенберг, О.А. Розенберг и др. — Киев: Тэхника, 1971. — 122 с.

120. Расчет и проектирование твердосплавных деформирующих протяжек и
процесса протягивания / А.М. Розенберг, О.А. Розенберг, О. К. Посвятенко и
др. — Киев: Наукова думка, 1978. — 256 с.

121. Щеголев А. В. Конструирование протяжек. — М.—Л.: Машгиз, 1960. — 352 с.

См также источники [43 —46, 251],

Проектирование обкаточных инструментов

122. Дихтярь В. С. Проектирование металлорежущего инструмента (фрез,
шеверов, шлифовальных кругов, зуборезных гребенок, долбяков, резцов, лету-
чек) — М.: Машиностроение, 1965. — 152 с.

123. Калашников С. Н. Зуборезные резцовые головки. — М.. Машинострое-
ние, 1972.—161 с.

124. Люткевич Е. Г., Волчков А. И. Расчет зуборезного инструмента. — Ново-
черкасск: НПИ, 1978. — 80 с.

125. Матюшин В. М. Зубодолбление. — М.: Машгиз, 1963. — 184 с.

126. Никитина 3. А. Инструкция по расчету червячных фрез. — М.: ВНИИин-
струмент, 1966. — 96 с.

127. Романов В. Ф. Расчеты зуборезных инструментов. — М.: Машинострое-
ние, 1969 — 254 с

128. Сахаров Г. Н. Обкаточные инструменты — М.: Машиностроение,
1983.—232 с

129. Харалампиев И. С. Обкатывающее протягивание зубьев зубчатых колес /
Пер.с болгарского. — М.: Машиностроение, 1961. — 210 с.

См также источники [55—60].

Проектирование резьбообразуюших инструментов

130. Карцев С. П. Резьбообразующий инструмент. — М.: Машгиз, 1959 —100 с
131. Карцев С П. Инструменты для изготовления резьбы. — М : Машгиз.
1955.—252 с.

132. Матвеев В. В. Нарезание точных резьб. — М. Машиностроение. 1978. — 86 с.
133. Шагун В. И. Влияние геометрических и конструктивных параметров ма-
шинных метчиков на размеры резьбы, нарезаемой в стали И
Сб.: Резьбообразующий инструмент / Под ред. К Ф.Романова — М.: НИИмаш.
1968. —С.229—242.

134. Шагун В. И., Степанов С. И., Симоичик А. П. Влияние геометрических
параметров машинных метчиков на отклонения формы среднего цилиндра
резьбы, нарезаемой в стали// Сб.: Машиностроение и приборостроение —
Мн.: Выш. шк., 1974.— Вып.6. — С 81- 84.

См также источники [47—54].

Проектирование инструментов для автоматизированного машиностроения

135. Башков В. М., Кацев П. Г. Испытания режущего инструмента на стой-
кость.— М.: Машиностроение, 1985 — 130 с.

136. Маслов А. Р. Новые способы крепления инструментов на металлорежу-
щих станках (Машиностроит.пр-во. Сер.Инструментальное, технолог и метро-
лог. оснащение металлообрабат пр-ва: Обзор, информ. Вып 2) — М : ВНИИ-
ТЭМР, 1991. —24 с.

137. Маслов А. Р. Современные тенденции в конструировании специального
режущего и вспомогательного инструмента для автоматизированных произ-
водств.— М.- ВНИИТЭМР, 1985 —48 с

138. Технические требования и методика опенки качества режущего инстру-
мента для автоматических линий: Руководящие материалы / ВНИИ. — М.: ВНИ-
Иинструмент, 1973.— 156 с

См. также источники [62—65, 85, 87, 88]

Прочность, жесткость и точность позиционирования инструментов
и инструментальных блоков

139. Левина 3. М., Решетов Д. Н. Контактная жесткость машин. — М. Маши-
ностроение, 1971. — 264 с.

140. Остафьев В. А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. —
М.: Машиностроение, 1979.— 178 с.

141. Хает Л. Г. Прочность режущего инструмента. — М.: Машиностроение,
1975 —166 с.

См также источники [65, 88, 94]

К РАЗДЕЛУ 3

Учебники

142. Барсов А. И., Иванов А. В., Кладова К. И. Технология изготовления режу-
щего инструмента. М : Машиностроение, 1979 — 135 с.

143. Барсов А. И. Технология инструментального производства — М. Маши-
ностроение, 1967. — 277 с.

144. Палей М. М. Технология производства металлорежущих инструментов. —
М/Машиностроение, 1982 —256 с
145. Палей М. М. Технология производства режущего инструмента. — М.:
Машгиз, 1963 — 484 с.

146. Попов С. А. Заточка и доводка режущего инструмента: Учебник. — М.:
Высш, шк., 1981. — 200 с.

147. Попов С. А., Дибнер Л. Г., Каменкович А. С. Шлифование деталей и за-
точка режущего инструмента: Учебник. — М.: Высш.шк., 1975. — 311 с.

148. Попов С. А., Белостоцкий В. Л. Электроабразивная заточка режущего
инструмента. Учебное пособие. — М : Высш, шк, 1984. — 159 с

149. Юликов М. И., Горбунов Б. И., Колесов Н. В. Проектирование и производ-
ство режущего инструмента. — М.: Машиностроение, 1987. — 296 с.

Справочники

150. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / Под ред.
А.Н.Резникова. — М.: Машиностроение, 1976 —391 с.

151. Абразивные материалы и инструменты. Каталог-справочник. — М.. НИИ-
маш, 1976. — 390 с

152. Высокоэффективные технологические процессы производства инстру-
мента: Сборник-справочник / Под ред. Г.А. Коссовича. — М.: ВНИИинстру-
мент 1977. — 70 с.

153. Дибнер Л. Г. Справочник молодого заточника режущего инструмента. —
М.. Высш.шк., 1990. —208 с.

154. Каратыгин А. М.,Коршунов Б. С. Заточка и доводка режущего инстру-
мента. — М.: Машгиз, 1963. —271 с.

155. Кащук В. А., Мелекин Д. А., Бармин Б. П. Справочник заточника. — М.:
Машиностроение, 1982. — 232 с.

156. Космачев И. Г. Карманный справочник технолога-инструментальщика —
Л • Машиностроение, 1969. — 262 с.

157. Полевой С. Н., Евдокимов В. Д. Обработка инструментальных материалов.
Справочник технолога инструментального цеха. — Киев. Техника, 1980. —150 с.

158. Справочник по алмазной обработке металлорежущего инструмента / Под
общ ред. В. Н. Бакуль. — Киев: Тэхника, 1971. — 208 с.

См также источник [92]

Оборудование и приспособления для изготовления инструмента

159. Дибнер Л. Г., Цофин Э. К. Заточные автоматы и полуавтоматы. — М.:
Машиностроение, 1978 —390 с.

160. Кудряшов А. А. Металлорежущие станки для инструментального произ-
водства. — М.. Машгиз, 1961. — 319с.

161. Котельников В. К. Приспособления для изготовления металлорежущего
инструмента. — М.: Машиностроение, 1977. — 175 с.

162. Оборудование, рекомендуемое для централизованного производства метал-
лорежущего.инструмента / ВНИИинструмент. — М.: НИИмаш, 1979. — 116 с.

163. Технологические характеристики специального и специализированного
типажного оборудования для производства режущего инструмента. — Харь-
ков: Укроргстанкинпром, 1978. — 342 с.
Производство заготовок и термическая обработка инструмента

164. Аверин И. В., Кабанов Н. Н. Сварка трением в инструментальном произ-
водстве. — М.—Л : Машгиз, 1962. — 75 с.

165. Бухман Н. А., Имшенник К. П. Пайка твердосплавного инструмента
М.: Машгиз, 1951. — 30 с.

166. Напайка и заточка твердосплавного инструмента / И. К Кучеров,
В. К. Пашков и др. — М.: Лесная пром-сть, 1975 — 111с

167. Проектирование, изготовление и эксплуатация клееного инструмента /
А.А.Борзов и др. — М.: Машиностроение, 1987.

168. Ревис И. А., Лебедев Т. А. Структура и свойства литою режущего инстру-
мента.— Л.: Машиностроение, 1972. — 128 с.

169. Северденко В. П. Горячее гидродинамическое выдавливание режущего
инструмента. — Мн/ Наука и техника, 1974. —256 с

170. Сергейчев И. М., Печковский А. М. Термическая обработка режущего и
измерительного инструмента —М Машиностроение, 1967 —224 с

171. Технология сварки, пайки и контроля заготовок режущего инструмента:
Методические рекомендации / ВНИИ [К. П. Имшенник,
В. Л. Головин и др.] — М.. НИИмаш, 1976 — 108 с.

172. Технология склеивания и расчет клеевых соединений режущих инстру-
ментов* Методические рекомендации / ВНИИинструмент
[Ю. В. Коротков]. — М/ ОНТИ ВНИИ, 1982 —44 с.

См также источник [14]

Шлифование и заточка инструмента

173. Абразивное элекгроэрозионное шлифование Методические рекоменда-
ции. — М/ЭНИМС, 1981. —27 с

174. Алмазное шлифование синтетических сверхтвердых материалов / МФ. Ссм-
ко, А. И Грабченко, М. Г Ходаревский. - Харьков Вита шк, 1980. — 191с

175. Дибнер Л. Г., Шкурин Ю. А. Заточка спиральных сверл. — М.. Машино-
строение, 1967.— 154 с.

176. Захаренко И. П. Эффективность обработки инструмента сверхтвердыми
материалами. — М/ Машиностроение, 1982. —224 с.

177. Захаренко И. П., Шепелев А. А. Алмазная заточка твердосплавного инсгру-
мента совместно со стальной державкой. — Киев. Наукова думка, 1976. • 220 с.

178. Захаренко И. П., Савченко Ю. Д. Алмазно-электролитическая обработка
инструмента. — Киев* Наукова думка, 1977 — 224 с

179. Залесов А. А., Костенко М. И., Маргулис Д. К. Безалмазная правка шлифо-
вальных кругов — М. — Свердловск. Машгиз, 1952 —78 с.

180. Ипполитов Г. М. Абразивно-алмазная обработка. — М.: Машинострое-
ние, 1969. —335 с

181. Муцянко В. И. Абразивная заточка и доводка металлорежущих инстру-
ментов. — Л/. Машиностроение, 1967. — 158 с.

182. Несмелое А. Ф. Алмазные инструменты в промышленности. — М.. Ма-
шиностроение, 1964. — 340 с.

183. Правка шлифовальных кругов алмазными инструментами и заменителя-
ми алмазов / Под ред. Несмелова — М/. Машгиз, 1960. — 104 с.
184. Правка алмазных шлифовальных кругов* Обзор. — М.: НИИмаш, 1982. —40 с.

185. Попов С. А., Малевский Н. П., Терещенко Л. М. Алмазно-абразивная
обработка металлов и твердых сплавов. — М.. Машиностроение, 1977. — 263 с.

186. Типовые технологические процессы заточки и доводки инструмента из быс-
трорежущей стали кругами из эльбора: РТМ. — М.: НИИТавтопром, 1975. — 55 с.

187. Харченко К. С. Практика профильного шлифования.—Л.: Ленидаг, 1966.—107 с.

188. Эльборовое шлифование быстрорежущих сталей. — Харьков. Вища шк.,
1974—136 с.

См. также источники [150—155; 166].

Повышение режущей способности инструмента

189. Верещака А. С, Третьяков И. П. Режущие инструменты с износостойки-
ми покрытиями. — М.: Машиностроение, 1986. — 190 с.

190. Джельманова Л. М. Прогрессивные методы нанесения износостойких
покрытий на режущий инструмент: Обзор —М.: НИИмаш, 1979. —46 с.

191. Методы упрочнения режущих инструментов и рациональные области их
применения: Метод рекомендации / НПО ВНИИинструмент [И.Н. Иванов и
др ] — М.: ВНИИинформ, 1988. — 59 с.

192. Смольников Е. А. Химическая и химико-термическая обработка инстру-
ментов в соляных ваннах. — М. Машиностроение, 1989. — 310 с

193. Упрочнение твердосплавного режущего инструмента поверхностным де-
формированием: Обзор / Л.Г.Хает, В.М. Гах, В.И. Левин. — М.: НИИмаш,
1981. —54 с.

194. Упрочнение режущих инструментов методом термомеханической обра-
ботки: Обзор / ЦНИИтракторосельмаш. — М., 1985. — 47 с.

Технология изготовления режущих инструментов

195. Бранделис А. М. Новая технология спиральных сверл. — М : Машгиз,
1963.—103 с.

196. Васильев С. И. Производство отдельных видов зуборезного инструмента. —
М.: Оборонгиз, 1959. — 270 с.

197. ВНИИ. Новая технология изготовления инструмента. — Вып.2 / Под ред.

Н.С. Дегтяренко. — М.: Машгиз, 1961. — 140 с.

198. ВНИИ. Технология изготовления металлорежущих инструментов. Вып. I,
VI, VII. — М.: Машгиз, 1959—1960. — 173 с. —128 с.

199. ВНИИ. Технологические процессы изготовления режущих инструментов. —
Вып III, IV / Под ред Н С. Дегтяренко. — М.: ЦБТИ станкостр. и инструм.
пром-сти, 1959 — 126 с.; 183с.

200. ВНИИ. Технология изготовления резцов / Под ред. Н. С. Дегтяренко. —
М.. Машгиз, 1961. — 80 с.

201. ВНИИ. Технология изготовления метчиков из быстрорежущей стали / Под
ред. И.С.Дегтяренко. — М.: Машгиз, 1961. —43 с.

202. Ильвер Г. Г., Эйдннов М. М. Изготовление мелкомодульного зуборезного
инструмента. — М.: ОТИ ВНИИ, 1960.

203. Особенности конструирования, изготовления и эксплуатации режущего
инструмента с клеевыми соединениями: Обзор / Ю. В. Коротков, Ю. Л. Боро-
вой, К П. Имшенник. — М.. НИИмаш, 1978 —69 с.
204. Производство и применение в промышленности режущего инструмента
из керамики / В. И. Вепринцев, А. И. Власов, Л А. Максимов и др. — М.. Ин-т
“Цветинформация”, 1978. — 32 с.

205. Производство неперетачиваемого режущего инструмента* Обзор. — М *
ВНИИмаш, 1984. —56 с.

206. Родин П. Р.» Климов В. И., Якубсон С. Б. Технология изготовления зубо-
резного инструмента.— Киев: Тэхника, 1982 — 206 с.

207. Склеивание инструмента и оснастки в машиностроении / А. П. Петрова,
Э. К. Кондрашов, Ю. В. Коротков. — М.: Машиностроение, 1985. — 184 с.

208. Семенченко Д. И. Производство червячных шеверов на Московском ин-
струментальном заводе. — М.: ЦБТИ, 1955. — 36 с.

209. Технология изготовления твердосплавного мелкоразмерного концевого
режущего инструмента способом вы шлифовки / Пол ред И. А. Соколовского
— М.: НИИмаш, 1971. —72 с

210. Технология изготовления метчиков из стали / Под ред Н. С Дегтяренко.
— М.. Машгиз, 1961.—43 с.

211. Типовые технологические процессы обработки деталей лезвийным
инструментом из композита* Методические рекомендации / Я А. Музы-
кант, Г. В. Боровский и др. — М.* НИИмаш. 1980 — 120 с

212. Шлеймович М. А., Померанец Э. С. Технология изготовления зуборезно-
го инструмента. — М. — Свердловск. Машгиз, 1948. — 268 с.

См. также источники [34, 35; 37, 77, 107, 250, 253]

Автоматизация инструментального производства

213. Автоматические линии в машиностроении. Проектирование и эксплуата-
ция / Под. ред. Л. И Волчкевича. — Т 1. — М.: Машиностроение. 1984 - - 312 с
214. Автоматизация производства и повышение качества концевого инструмен-
та/П А. Юдковский, Г. Н. Киберев и др. — М.: Машиностроение, 1980.— 120с
215. Маталин А. А., Френкель Б. И., Панов Ф. С. Проектирование технологических
процессов обработки деталей на станках с ЧПУ —Л: Изд-во ЛГУ, 1977. — 240 с.

216. Митрофанов С. П., Гульнов Ю. А., Куликов Д. Д. Автоматизация технологи-
ческой подготовки серийного производства.— М Машиностроение, 1974 —360 с.

217. Ординарцев И. А., Филипов Г. В. Автоматизация производства режущего
инструмента. —Л.: Машиностроение, 1972. — 264 с.

218. Технологические процессы автоматизированной заточки торцовых фрез.

— М.: ВНИИинструмент, 1976. — 31 с.

219. Христич 3. Д. Автоматизация инструментального производства — М
Машиностроение, 1964. — 216с.

К РАЗДЕЛУ 4

Организация инструментального хозяйства

220. Волович В. А., Керженцев А. Ф., Филатов И. Г. Нормирование расхода
режущего инструмента в машиностроении — Мн.. Беларусь, 1989. — 176 с
221. Локтев А. Д., Эдельсон А. 3. Рациональное использование режущего
инструмента: Обзор. — М.: ВНИИТЭМР, 1986. — 56 с.
222. Методика нормирования расхода режущего инструмента / ВНИИ ГСПКТБ
“Оргприминструмент” [В. И. Бращенко и др ] — М.: НИИмаш, 1982. — 95 с.

223. Централизованная заточка режущих инструментов на станкозаводах. —
М НИИмаш, 1983.—108с.

Си. также источники [272; 274, 278—280; 282; 286, 287],

Общие вопросы эксплуатации инструмента

224. Бердичевский Е. Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для
обработки металлов резанием: Справочник / Под ред. С.ГЭнтелиса, Э.М.Бер-
линера. — М.: Машиностроение, 1986. — 352 с.

225. Влияние антифрикционных покрытий на износ металлообрабатывающе-
го инструмента. — Ростов. Ростовский ун-т, 1973. — 90 с

226. Высокопроизводительные конструкции инструмента и его рациональная
эксплуатация: Сб. статей / ВНИИинструмент., Под ред. Ю. Л. Борового. — М.:
ВНИИинструмент, 1977. — 92 с.

227. Высокопроизводительный инструмент из сверхтвердых материалов и об-
ласти его применения: Сб. трудов / Под ред. Г. А. Коссовича. — М.: ВНИИин-
струмент, 1976 —76 с.

228. Маликов Ф. П. Патроны для режущих инструментов. — М. — Сверд-
ловск. Машгиз, 1963. — 104 с.

229. Пути повышения эффективности эксплуатации сборного режущего инст-
румента с многогранными пластинами: Обзор / А. А. Борзов, А. Ю. Кулагин и
др. — М. НИИмаш, 1980. —51 с.

230. Палей С. М., Васильев С. В. Контроль состояния режущего инструмента
на станках с ЧПУ. — М.. НИИмаш, 1983. — 52 с.

231. Рациональная эксплуатация режущего инструмента в условиях ГПС и
станков с ЧПУ: Материалы семинара. — М/ МДНТП, 1989 — 150 с.

232. Рекомендации по выбору марок быстрорежущих сталей дзя изготовления
режущего инструмента и режимов их обработки —Одесса ПКТИ, 1970. — 201 с
233. Современные тенденции применения безвольфрамовых инструменталь-
ных материалов. Обзор / НИИинформ по машиностроению. — М . НИИмаш,
1981. —55 с.

234. Смазочно-охлаждающие технологические средства в процессах абразивной
обработки: Сб.трудов / Под ред Л. В Худобина. — Ульяновск: УлПИ, 1988. —126 с.

235. Справочник технолога по автоматическим линиям / А.Г Косилова,
А Г. Лыков, О.М.Деев и др. — М.. Машиностроение, 1982 — 320 с.

236. Средства контроля размерных параметров режущих инструментов: Мето-
дические рекомендации / ВНИИинструмент [А. Д. Мартынов, Т А. Синельщи-
ков] — М.. ВНИИТЭМР, 1988.—46с.

237. Фельдштейн Э. И. Основы рациональной эксплуатации режущих инстру-
ментов. — М/ Машиностроение, 1965. — 179 с.

238. Шугал Б. Ем Самойлов В. Н. Справочник по эксплуатации режущего,
ударного, выездного и механизированного инструмента. — М/ Машиностро-
ение, 1965 —343 с.

Сл/ также источники [103—107, 135, 138, 167, 203]
Эксплуатация резное

239. Блюмберг В. А. Справочник токаря. — Л Лениздат, 1969 — 448 с

240. Высокопроизводительные конструкции резцов и их рациональная эксп-
луатация. — М.: Машгиз, 1959 — 240 с.

241. Рекомендации по рациональной эксплуатации режущего инструмента на
токарных станках с ЧПУ. — М : ВНИИТЭМР, 1986 —44 с.

Эксплуатация сверл, зенкеров, разверток

242. ВНИИ. Высокопроизводительные конструкции зенкеров и разверток и
их рациональная эксплуатация / ВНИИ., Под ред. М. Н Ларина. — М.: Маш-
гиз, 1960.—168 с.

243. Высокопроизводительные конструкции сверл и их рациональная эксп-
луатация / Под ред. М. Н. Ларина — Ч 1 — 2. — М.. ЦИНТИМ, 1960. — 102 с.

244. Справочник сверловщика / Е.Э.Фельдштейн, Э.Я Ивашин, М.А.Корние-
вич. — Мн.. Выш шк., 1986 —336 с.

245. Чернышев Е. И., Чернышев В. Е. Справочник сверловщика — М.: Маш-
гиз, 1962. —324 с.

См, также источники [34, 35, 37],

Эксплуатация фрез

246. Ансеров М. А. Справочное руководство фрезеровщика. — Л.: Лениздат,
1964. —263 с.

247. Высокопроизводительные конструкции фасонных фрез и их рациональ-
ная эксплуатация / Под ред. М. Н Ларина. — М * Машгиз, 1961. — 175 с

248. Ларин М. Н. Высокопроизводительные конструкции фрез и их рациональ-
ная эксплуатация. — М.: Машгиз, 1957. — 272 с.

249. Пикус М. Ю., Пикус И. М. Справочник фрезеровщика — Мн . Выш. шк.,
1975.—304 с.

См, также источник [40],

Эксплуатация протяжек

250. Баклунов Е. Д. Протяжки. Конструкция, технология изготовления и эксп-
луатация. — М.: Машгиз, 1960. — 167 с.

251. Высокопроизводительные конструкции протяжек и их рациональная экс-
плуатация / ВНИИ., Под ред. М.Н.Ларина. — М.: Машгиз, 1960. — 120 с.

252. Пронкин Н. Ф. Протягивание труднообрабатываемых материалов. — М ‘
Машиностроение, 1978. — 119 с.

Эксплуатация резьбообразуюших инструментов

253. Карцев С. П. Конструкции, производство и эксплуатация резьбообразую-
щего инструмента. — М.: Машгиз, 1962. — 70 с.

254. Королев Е. Г. Расчет и проектирование патронов для нарезания резьбы
метчиками на станках с ЧПУ. — М.: ВНИИинструмент, 1989. — 18с

255. Кузьменко А. Ф., Пашко А. М. Прогрессивные конструкции вспомога-
тельного инструмента для образования внутренних резьб в автоматизирован-
ном производстве деталей автомобилей. —Тольятти. Филиал НИИТавтопром,
1988 —53 с.
256. Таурит Г. Э. Получение точных наружных резьб — Киев: Тэхника,
1974. —114 с.

257. Шагун В. И. Точность резьбы и эксплуатация метчиков // Промышлен-
ность Белоруссии. — 1965. — № 4. — С. 5—8.

Эксплуатация зуборезных инструментов

258. Адам Я. И., Овумяи Г. Е Справочник зубореза. — М.: Машиностроение,
1971. —232 с.

259» Медведицков С. И. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. —
М.: Машиностроение, 1981.— 104 с.

260. Производство зубчатых колес: Справочник / Под ред. Б.А.Тайца. — М.:
Машиностроение, 1975. — 728 с.

Эксплуатация абразивного инструмента

261. Ананьян В. А. Особенности эксплуатации абразивного, алмазного и эль-
борового инструмента. — М.: Машиностроение, 1976. — 32 с.

262. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник / Под ред.
А Н Резникова. — М Машиностроение, 1977. — 391 с.

См. источники [173—188].

Неполадки с режущими инструментами и способы их устранения

263. Балабанов А. Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. — М.*
Издательство стандартов. 1992.

264. Фельдштейн Э. И. Как лучше использовать режущий инструмент (осно-
вы рациональной эксплуатации). — Мн.: Госиздат БССР, 1960. —272 с.

265. Шагун В. И. К вопросу о влиянии скорости резания и смазывающе-охлажда-
ющих жидкостей на размеры резьбы, нарезаемой метчиками // Сб : Прогрессив-
ная технология машиностроения. Вып. 2. — Мн.: Выш шк., 1971 —С. 20 — 25.

266. Шагун В. И. Радиальные и тангенциальные силы, а также условия обтека-
ния режущего клина в системе факторов, определяющих качество резьбы, на-
резаемой машинными метчиками // Сб.. Исследования в области технологии
образования резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов конт-
роля резьб. — Тула: ТПИ, 1981. — С. 87 — 91.

267. Шагун В. И. Влияние условий работы на размеры резьбы, нарезаемой
машинными метчиками. // Сб. Прогрессивная технология машиностроения —
Мн.. Выш. шк., 1970. —С.122—128.

268. Шагун В. И. Выбор выгодных значений угла заборного конуса метчиков. //
Промышленность Белоруссии — 1968. — № 2. — С. 59 — 60.

269. Шагун В. И., Русый В. Д., Ушаков А. А. Влияние метода крепления раз-
вертки на точность обработанных отверстий // Сб ’ Технология автомобилест-
роения.— № 1,(12). — Серия XIV. — М.: НИИТавтопром, 1971. — С.49—50.

270. Шагун В. И. Повышение точности резьб, нарезаемых метчиками // Сб.:
Эффективные методы использования режущего инструмента. — Мн., 1963. —
С. 118—130.

См. также источники [94, 238]
Нормативная литература:

а) Токарные работы

271 • Нормативы режимов резания для многоинструментальных работ. — М.:
Машиностроение, 1970. — 59 с.

272. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Токарные и
карусельные работы (Выбор инструмента, режимов резания, определение рас-
хода инструмента). — М.: НИИмаш, 1985 — 92 с.

273. Общемашиностроительные укрупненные нормы времени на работы, вы-
полняемые на металлорежущих станках, единичное, мелкосерийное и среднесе-
рийное производство. — М.: НИИтруда — 4.1. Токарные и токарно-карусельные
станки, 1983.—191 с. — 4.5 Горизонтально-расточные станки, 1988. — 233 с.

274. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и
расхода резцов с МНП из безвольфрамовых твердых сплавов. — М. НИИин-
форм, 1983. — 41 с.

275. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания на
токарно-автоматные работы. — 4.1. Револьверные и мноюшпиндельные гори-
зонтальные автоматы / ЦБТН ГКСССР по труду и социальным вопросам —
М.: Экономика, 1989.

б) Строгальные и долбежные работы

276. Общемашиностроительные укрупненные нормы времени на работы,
выполняемые на металлорежущих станках единичное, мелкосерийное и сред-
несерийное производство. — 4.4. Строгальные и долбежные станки — М
НИИтруда, 1989. —207 с.

в) Сверление, зенкерование, развертывание

277. Общемашиностроительные нормативы режимов резания сверлами из совре-
менных марок быстрорежущих сталей Временные. — М/ НИИмаш, 1978 —48 с.

278. Общемашиностроительные нормативы по износу, стойкости и расходу
спиральных сверл Временные. — М . НИИмаш, 1980 —40 с.

279. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и рас-
хода зенкеров из быстрорежущей стали. Временные — М НИИмаш, 1984 — 132 с
280. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и рас-
хода разверток из быстрорежущей стали Временные. — М. НИИмаш, 1984. — 56 с

г) Фрезерные работы

281. Общемашиностроительные нормативы режимов резания фрезами тор-
цовыми с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин.
Временные. — М.: НИИмаш, 1978. — 58 с.

282. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и
расхода фрезами торцовыми, оснащенными вставками из сверхтвердых синте-
тических материалов. Временные. — М НИИмаш, 1985. — 53 с.

283. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и
расхода концевых фрез из быстрорежущей стали. Временные . — М.: НИИ-
маш, 1982. — 60 с.
284. Общемашиностроительные укрупненные нормы времени на работы,
выполняемые на металлорежущих станках единичное, мелкосерийное и сред-
несерийное производство — 4.2. Сверлильные и фрезерные станки. — М.:
НИИтруда, 1983 — 191 с.

д) Протяжные работы

285. Общемашиностроительные нормативы режимов резания и времени для
технического нормирования работ на протяжных станках. Массовое, крупно-
серийное, серийное, мелкосерийное, единичное производство. — М.: НИИ-
маш, 1969.— 199 с.

е) Резьбообработки

286. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и
расхода машинных метчиков из быстрорежущей стали. Временные. — М.:
НИИмаш. 1982. —32с.

287. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, нормы износа и
расхода плашек круглых М3 — М12 при нарезании резьбы на деталях из конст-
рукционных углеродистых сталей. Временные. — М.. НИИмаш, 1983. — 20 с.

288. Общемашииостроительные нормативы режимов обработки резьб резь-
бонакатными и резьбонарезными головками, норм износа и расхода. — М.:
НИИмаш, 1982.— 77 с.

ж) Работы на станках с ЧПУ

289. Нормирование операций, выполняемых на металлорежущих станках с
ЧПУ —М.: НИИмаш, 1975.—144с.

290. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для обработки кон-
цевыми фрезами на станках с ЧПУ. Временные. — М.: НИИмаш, 1980 — 70 с.

291. Общемашииостроительные нормативы режимов резания для многоцелевых
станков фрезерно-сверлильно-расточной группы. — М.. ВНИИТЭМР, 1986. — 158 с.

292. Общемашиностроительные нормативы времени и режимы резания для
нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках
с ЧПУ. — 4.2. — М.. Экономика, 1990. — 472 с.

з) Лезвийная обработка в целом

293. Общемашииостроительные нормативы режимов резания. — Т.1 /
А.Д. Локтев, И.Ф Гущин, ВА.Батуев и др. — М. Машиностроение, 1991. — 640с.
294. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов
Справочник / В.И.Баранчиков, А.В.Жариков, Н.Д.Юдин, А И.Садыхов. — М.:
Машиностроение, 1990 —400 с. I

295. Режимы резания металлов: Справочник / Ю.В.Барановский, Л.А.Брахман,
А.И Гдалевич и др. — М.: НИИТавтопром, 1995. — 456 с.

296. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник /
Я.Л Гуревич, Н.В.Горохов, В.И.Захаров и др. — М Машиностроение, 1986. — 240 с.
I юиу» |/Ш

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ................................................. I

РАЗДЕЛЕ

ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ о

1.1. Основные представления, понятия и определения... 6

1.1.1. Режущий инструмент. Определение» назначение, требования, кр|цсриП
оптимальности............................................... 6

1.1.2. Элементы конструкции и составные части инструмента. Режущий
клин — основа конструкции любого режущего инструмента....... 9

1.1.3. Геометрические параметры режущего клина ............ . II

1.2. Материалы для изготовления режущих инструментов......... 22

1 2.1. Общие положения..................................... 22

1.2 2 Инструментальные стали и сплавы...................... 22

1.2.3. Металлокерамические твердые сплавы.................. 26

1.2.4. Минералокерамика.....................................29

1.2.5. Сверхтвердые инструментальные материалы..............29

1.2.6. Материалы для корпусов инструментов..................31

1.2.7. Абразивные материалы.................................31

1.3 . Резцы.................................................33

1.3.1. Назначение и типы резцов.............................33

1 3.2. Токарные резцы.......................................36

1.3.3. Строгальные и долбежные резцы........................48

1.4. Сверла.................................................51

1.4.1 . Назначение, элементы конструкции и геометрические параметры
спирального сверла......................................... 51

1.4.2 Особенности конструкций сверл разного назначения..... 55

1.5. Зенкеры и развертки....................................61

15.1. Назначение, элементы конструкции и геометрические параметры
зенкеров и разверток........................................61

1.5.2. Разновидности конструкций зенкеров и разверток.......65

1.6. Фрезы..................................................72

1.6.1. Назначение и разновидности фрез......................72

1.6 2. Элементы конструкции и геометрические параметры фрез.79

1.7 . Протяжки..............................................87

1.7.1 . Назначение и основные типы протяжек.................87
1.7.2 Элементы конструкции и геометрические параметры протяжек......89

1.7 3. Особенности конструкции протяжек разных типов..........92

1.8 . Резьбообразующие инструменты...........................103

18 1. Способы образования резьбы и резьбонарезные инструменты.......103

1 8.2. Резьбонакатные инструменты........................... 121

1.8.3. Резьбошлифовальные инструменты........................124

1.9. Зуборезные инструменты..................................124

1.9.1. Способы нарезания зубчатых изделий....................124

1.9.2 Зуборезные инструменты, работающие по методу копирования......125

1.9.3. Зуборезные инструменты, работающие по методу обкатки......... 129

1.10. Комбинированные инструменты............................146

1.10.1. Определение, назначение, эффективность и область применения.146

1.10.2. Разновидности комбинированных инструментов...........147

1.11. Абразивные инструменты.................................149

1.11.1. Назначение и форма абразивных инструментов.......... 149

1.11 2. Компоненты и характеристики абразивных инструментов. 150

1.12 . Инструменты автоматизированного машиностроения....... 155

1.12.1. Режущие инструменты..................................155

1.12.2. Вспомогательные инструменты..........................166

РАЗДЕЛ 2.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ.................................171

2.1. Подходыкпроектированию................................. 171

2 .1.1. Целы задачи и методы проектирования................ 171

2 1.2. Алгоритм и диалектика проектирования............... 1^72

2 1 3. Техническое задание на проектирование............... 174

2.2. Проектирование рабочей части............................176

2.2.1. Выбор режущего материала и способа его закрепления....176

2.2.2. Выбор схемы резания и разработка структурной схемы инструмента. 187

2.2.3. Выбор геометрических параметров.......................196

2 2 4 Выбор способов формирования и отвода стружки из зоны резания.... 238

2 2 5 Расчет зубьев и тела рабочей части инструмента
на прочность и жесткость.....................................245

2.2.6. Оптимизация шага, размеров, формы зубьев и стружечных канавок .. 246

2.2.7. Определение габаритных размеров и формы рабочей части........255

2.2.8. Определение размеров и формы производящих контуров....258
2.2.9. Выбор способов отвода 1сило о ы н * юны ре шппя .......286

2.2.10. Окончательная оптими шипя конс1руыи1н рабочей част..... 288

23. Проектирование присоединительной час । и .........289

2.3.1. Выбор способа присоединения ине Iрума и а к с 1 анку....289

2.3.2. Выбор формы базовых поверхнос юй и шемен । он передачи усилий 292

2.3.3. Выбор материала присоедини!ельной част ...... 294

2.3.4. Выбор способа соединения присоедини юльной час । и с рабочей . ... 294

2.3.5. Расчет присоединительной части. .....................295

2.4. Проектирование направляющей части..................... . .. 297

2 4.1. Оценка необходимости направляющей час ги...............297

2.4.2. Выбор способа направления ииструмен । а в рабо 1 с ....297

2.4 3. Выбор материала направляющей части................. 298

2.4.4. Выбор места расположения направляющих частей и способа их
соединения с инструментом.....................................299

2.4.5. Конструктивное оформление направляющей части.......... 300

2.5. Разработка технических требований........................302

2.6. Организация проектирования инструмента...................305

2.7. Особенности проектирования нструментов автоматизированного
машиностроения .............................................. 308

2.7.1 . Проектирование режущих инструментов...................308

2.7.2 Проектирование вспомогательных инструментов.............313

2.8. Основные направления совершенствования конструкций режущих
инструментов и развития теории их проектирования............. 322

2.9. Пример разработки конструкции инструмента по методике,
изложенной в работе...........................................326

2.9.1. Проектирование рабочей части.......................... 327

2.9.2 Проектирование присоединительной части..................342

2.9.3. Проектирование направляющей части......................342

2.9.4. Оптимизация конструкции метчика в целом................343

2.9.5 Разработка технических требований...................... 345

РАЗДЕЛ 3.
ПРОИЗВОДСТВО РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ.............................350

3. 1. Основные положения по разработке технологического процесса
изготовления инструмента......................................350

3.1.1. Основные представления, понятия и определения..........350
3.1.2. Последовательность разработки (алгоритм проектирования)
технологического процесса.......................................353

3.1.3 Обобщенный технологический процесс........................354

3. 2. Этапы разработки технологического процесса...............356

3.2.1 Изучение технического задания и выбор вида и организационной
формы производственного процесса ...............................357

3.2.2 . Выбор финишных методов механической обработки...........357

3.2.3 Выбор заготовки...........................................357

3 2.4. Выбор промежуточных видов обработки...................378

3 2.5. Разработка технологического маршрута.....................378

3.2.6 . Выбор технологических баз...............................378

3.2.7 . Последующие этапы разработки технологического процесса..381

3. 3. Некоторые виды механической обработки.....................383

3 .3.1. Общие положения........................................383

3 3 2. Обработка фасонных поверхностей.........................383

3 .3 3. Образование рифлений на ножах и в пазах корпусов сборных
инструментов ....................................................386

3 3.4. Фрезерование стружечных канавок.........................387

3 .3.5. Образование и последующая обработка зубьев протяжек ....391

3 .3.6 Образование и последующая обработка зубьев долбяков ....393

3 3.7. Затылование зубьев инструментов........................*395

3. 4. Термическая обработка..................................... 399

3 4 1. Назначение и виды термической обработки................ 399

3. 4.2 Отжиг ...................................................400

3 4.3 Закалка..................................................401

3 4.4. Отпуск..................................................404

3 4 5. Нагревательное оборудование для термической обработки...406

3.4 .6. Обеспечение качества термической обработки.............409

3.4 .7. Очистка инструмента после закалки и отпуска............411

3.5. Заточка и доводка инструментов..............................413

3.5 1 Заточка и доводка—операции, окончательно формирующие качество
инструмента ....................................................413

3.5 2. Дефекты заточки и методы их недопущения или устранения....413

3.5.3. Оборудование, круги, режимы заточки и доводки. Правка
шлифовальных кругов.............................................424
3.6. Повышение режущей способности инструмента............... 426

3.61 Общие положения.......... .............. ... 426

3.6.2 . Нанесение износостойких покрытий .................. 427

3.6.3 . Нанесение антифрикционных покрытий................. 429

3.6.4 . Г альванические методы............................... 430

3.6 5. Химические методы................................... 430

3.6.6 . Химико-термические методы............................ 431

3.6.7 Физические методы .................................... 432

3.6.8 Физико-термические методы.............................. 433

3.6.9 Механические методы.....................................434

3.6.10 Термомеханические методы...... ................... 435

3.7. Маркировка, сборка, консервация и упаковка инструмента . 436

3.8. Автоматизация технологических процессов и качество инструмента 437

РАЗДЕЛ 4.

ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ..........................................442

4.1. Требования к эксплуатации инструментов ................. 442

4.2. Крепление инструментов на станках....................... 443

4.3. Крепление обрабатываемых деталей на станках......... ... 447

4.4. Неполадки с режущими инструментами и способы их устранения 448

4.4.1. Классификация и последствия неполадок .. ... .. 448

4.4 2. Низкая стойкость инструмента . ... ...............449

4.4.3. Выкрошивание режущих кромок и поломки инструмента .....451

4.4.4. Вибрации.......................................... 453

4.4.5. Налипания обрабатываемого металла..................... 454

4.4 6. Неправильные размеры обработанных поверхностей ........456

4.4.7. Большая шероховатость обработанных поверхностей .......465

4.4.8. Неполадки, связанные с неблагоприятной микроструктурой
обрабатываемой стали..........................................467

4.5. Особенности эксплуатации нструментов в автоматизированном
машиностроении................................................470

4.6. Организация инструментального хозяйства..................471

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................................474
Учебное издание

1
(

2
2

3
3

V
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
и
3
3
и

Шагун Василий Игнатьевич

РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ.

Проектирование. Произволе! во. Эксплуатация

Учебное пособие

Ответственный за выпуск А С Василевский

Редактор-коррекюр ЕВ. Полянская

Компьютерная верстка А С. Василевский

Подписано в печать с готовых диапозитивов 13 11 2002 Формат 60x84'/

Бумага офсетная Гарнитура Таймс Печать офсетная Усл печ. л 31
Уч -изд л 30 Тираж 1000 экз Заказ 2522

НПООО «ПИОН» 220027» Минск, проспект Ф Скорины, 65

Лицензия ЛВ № 139 от 23 12 97

Отпечатано с готового оригинал-макета заказчика
в типографии «Белорусский Дом печати»
220013, Минск, проспект Ф Скорины,79