Проектирование фасонного резца

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ   ФАСОННЫХ   РЕЗЦОВ

Фасонные резцы применяют  для точения из прутка деталей  в виде тел вращения с фасонными  профилями.   Наибольшее   распространение   имеют  круглые и призматические резцы с осью, или базой крепления, параллельными оси детали. Исходными параметрами при проектировании резцов являются материал, твердость и размеры детали, допуски на размеры, шероховатость обрабатываемых поверхностей, режимы резания (скорость υ и подача S). Проектирование фасонных резцов  производят в следующем  порядке:

-Выбирается инструментальный материал фасонного резца и назначаются геометрические параметры.

-Определяются конструктивные элементы фасонного резца.

-Определяются координаты опорных точек обрабатываемой детали.

-Определяется профиль режущей кромки фасонного резца.

-Проектируют шаблон для контроля профиля резца и контршаблон для контроля шаблона.

-При обработке конических поверхностей с повышенными требованиями по точности необходимо провести анализ точности обработки.

-Оформляется графическая часть.

Инструментальный материал и геометрические параметры

Для изготовления фасонных резцов рекомендуют применять быстрорежущие  стали марок Р6МЗ, Р6М5К5, Р9К10, Р10К5Ф5 и др. и твердые сплавы марок ВК10-М, ВК8, Т15К6 и др [ 1 ]. С целью снижения трудоемкости их изготовления, а также увеличения числа переточек, для фасонных круглых и призматических резцов, рекомендуется применять быстрорежущую инструментальную сталь При обработке сталей экономически выгодно использовать резцы из следующих марок быстрорежущих сталей (в порядке убывания экономии): Р10К5Ф5, Р18М, Р18, Р9К10, Р18К5Ф2, Р9К5иР6МЗ.

При обработке сталей наилучшие результаты показывают резцы из твердого сплава марки ВК10-М. Этот сплав обладает высокой твердостью, менее хрупок и более теплопроводен, менее чувствителен к микротрещинам и выкрашиванию, чем сплав TI5K6, что создает более благоприятные условия при шлифовании профиля резцов. Фасонные резцы, оснащенные сплавом ВК10-М, при обработке деталей из стали 45 работают со скоростью резания в 1,5...2 раза выше, чем резцы из быстрорежущих сталей.

Геометрические  параметры на основании расчетов и экспериментальных данных назначают  в зависимости от обрабатываемого  и выбранного инструментального  материала [ 1,2 ].

Задний угол a принимают в пределах 10…12° для круглых резцов и 12…15⁰ для призматических; передний угол g назначают в зависимости от твердости обрабатываемого материала (табл. 2.1).

 

 

 

 

 

Таблица 2.1  Передние углы фасонных резцов

Обрабатываемый материал	sв ,  МПа	НВ	g, град
Алюминиевые сплавы:
		До 60	До 40
		Св. 60	До25
Силумины (9…13% Si)			10…18
Сталь	До 500	До  150	20
	Св. 500	Св. 150	15
	До 600	До  175
	Св. 600	Св. 175	10
	До 800	До 235
	Св. 800	Св. 235	5
Чугун		<180	10
		180—200	5
		>200	0
Медь, латунь			15-25
Бронза			5-10

Примечание,   Указанные значения углов относятся к точке резца, наиболее удаленной от его оси или базы крепления, в сечении, перпендикулярном к оси детали.

 Конструктивные элементы фасонного резца

Основные конструктивные элементы круглого фасонного резца можно назначить на основании рекомендаций [ 1  ]. При этом габаритный размер, его наружный диаметр, круглого фасонного резца назначают в зависимости от глубины фасонного профиля.

Более точно для каждого  конкретного случая диаметр посадочного отверстия и наружный диаметр можно определить по расчетным формулам.

Диаметр D посадочного отверстия определяют из условия достаточной прочности и жесткости оправки в зависимости от главной составляющей силы резания P_z =  p_z l_u, где l_u — проекция длины режущей кромки на ось резца; p_z — удельное усилие резания, приходящееся на единицу длины режущей кромки  (табл. 2.3).

Таблица 2.2 Круглые наружные резцы с торцевым рифлением, мм

hМ Размеры резцов Размеры рифлений   Dн  (h8-hl2) dо(Н8) d1 bM t r d2 b2 До 4 30 10 \6 7 3 1 - - 6 40 13 20 10 3 1 20 3 8 50 16 25 12 4 1 26 3 10 60 16 25 14 4 2 32 3 12 70 22 34 17 5 2 35 4 15 80 22 34 20 5 2 40 4 18 90 22 34 23 5 2 45 5 21 100 27 40 26 5 2 50 5 Примечания:   1. Размеры b1 и b3 выбирают в следующих пределах: b1= (0,25...0,5)Lo , b3= 0,25 b. 2.Для резцов с g < 15°-v=80°, а с g³ 15°-v=70°. 3.Допускается изменение значения Dн для принятых величин hМ.

 

Таблица 2.3  Значения удельных сил резания при обработке конструкционных материалов

S, мм/об	υ, м /мин	pz,, даН
0,03	31	15
0,04	27	19
0,05	24	22
0.06	22	26
0,07	20	29
0,08	19	32
0,09	18	35
0,10	17	З8

 

При консольном креплении  резца D=1,24l_u^0,33P_z^0,38 при двустороннем креплении D=1,36l_u^0,33P_z^0,25. При l_u > 30 мм для лучшего конструктивного оформления резца рекомендуется применять двустороннее крепление. После расчета диаметр отверстия округляют до ближайшего большего значения из нормального ряда посадочных отверстий. Наружный диаметр  (рис. 2.1, а)

/cosa

где t=r_max – r_min — глубина профиля детали; e= 3…8 мм — размер, обеспечивающий достаточное пространство    для   размещения стружки; f — толщина стенки резца (для обеспечения прочности принимается не менее 0,4D).

а)     б)

в)

Рисунок 2.1  Конструктивное оформление круглого резца

 

Расчетное значение D округляют до числа, кратного пяти.

Со стороны торца резца, которым резец должен располагаться к патрону станка, выполняется дополнительная кромка длиной l₁ = 4…5 мм под углом 15…20° для проточки канавки под   последующую    отрезку готовой детали. Со стороны открытого торца заготовки резец по профилю должен перекрывать деталь на l₂ = 1…2 мм. Во избежание появления острых углов этот торец также снабжают цилиндрическим пояском длиной l₃ = 1…2 мм. С правой стороны резца выполняют буртик шириной l_б = 3…5 мм и диаметром d_б = (l,5…l,7)d. На торце его делают радиальные рифления для передачи крутящего момента. Число зубчиков рифлений z = 32…34, угол профиля их в нормальном сечении 90°. Для постоянства площадки при вершине зубчиков по длине дно впадин между зубчиками располагают к торцу буртика под углом b: tg b =p/z. Общая длина круглого резца L_o = l_д + l₁ + l₂ + l₃ + l_б (Рис.2.1.б,в)_.

 Призматические резцы крепят в державках с помощью ласточкина хвоста (рис. 2.2). Конструктивно размеры их принимают в зависимости от глубины  профиля  детали   (табл.   2.4).

 

 

Рисунок 2.2 Призматический фасонный резец

 

 

 

 

Таблица 2.4 Размеры призматических резцов

t, мм	Размеры резца, мм						Размеры хвостовика резца  в зависимости от диаметра ролика, мм
	В	L	Е	A	F	r	d	M	d	М
До   4	9	75	4	15	7	0,5	4	21,31	3	18,577
От    4 до   6	14	75	6	20	10	0,5	6	29,46	4	24,000
»    6   »   10	19	75	6	25	15	0,5	6	34,46	4	29,000
»   10   »   14	25	90	10	30	20	1,0	10	45,77	6	34,846
»   14   »   20	35	90	10	40	25	1,0	10	55,77	6	44,846
»   20   »  28	45	100	15	60	40	1,0	15	83,66	8	64,536

 

Опорные точки обрабатываемой детали

Из-за наличия передних и задних углов профиль резца  в его осевом сечении будет  отличаться от профиля детали в осевом сечении. Высота профиля резца меньше высоты профиля детали в сечении, перпендикулярном к оси детали. Для обеспечения необходимой точности фасонного профиля детали высотные размеры профиля фасонного резца необходимо корректировать. Осевые размеры на искажаются и переносятся с детали на профиль резца [1].

Корректировку профиля  фасонного резца производят по характерным точкам детали (точки 1—9 на рис. 2.1, б). Эти точки находятся на стыке участков профиля с различным характером образующих. На конических участках берут дополнительную точку (примерно в середине), а для участков с криволинейными образующими — не менее трех дополнительных точек (кроме крайних). Для более точного построения криволинейного профили рекомендуется принимать не менее 5 точек.

 

Определение профиля режущей кромки при параллельном расположении осей резца и детали

Применительно к резцам у которых угол наклона передней поверхности l=0, профиль режущей кромки резца можно проводить тригонометрическим методом. Резцы с наклонной передней поверхностью применяют при обработке деталей с коническими участками, к точности которых предъявляются повышенные требования.

Расчет параметров режущей  кромки ведут от базовой точки 1(см. рис 2.1.б) расположенной на уровне оси  обрабатываемой детали и имеющей минимальный радиус. Расчет ведется для всех опорных точек по текущему радиусу r_x, который изменяется от r_min до  r_max.. Расчетная схема приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 Расчетная  схема определения характерной  точки резца

 

Алгоритм  расчет определения одной характерной точки приведен ниже.

m=r₁sing; A= r₁cosg; sing_1x=m/r_x; A_x= r_xcosg_1x; C_x= A_x- A; y=a+g;

H=r_a siny; B₁= r_acosy; B_x= B₁- C_x ; tgy_x= H/ B_x; r_ax= H/ siny_x..

Аналогичным образом определяют радиусы других характерных точек фасонного профиля.

 

Шаблон  для контроля профиля резца

Профиль фасонных резцов контролируют с помощью плоских шаблонов. Контролируют на радиусы характерных точек, а высотные размеры от какой-либо базы. Обычно за базу принимают цилиндрический участок наибольшей протяженности. Если такого участка нет, то за базу принимают торец резца.

  Построение шаблона  и контршаблона для контроля  фасонного профиля резца (при  контроле отклонений размеров  шлифования фасонных поверхностей на резце) сводится к определению разности радиусов всех опорных точек рассчитанного фасонного профиля относительно опорной контурной точки принятой за базу.