CC BY
43
УДК 621.833
НАПРАВЛЕНИЕ МОДЕРНИЗАЦИИ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫХ РЕЗЦОВ СБОРНЫХ РЕЗЦОВЫХ ГОЛОВОК
Г.В. Малахов, В. Д. Артамонов, А.В. Михайлов
Приводится анализ типовых конструкций сборных резцов для оснащения различных типов резцовых головок. Предлагается модернизация резцов, обеспечивающая гарантированный контакт передней и хвостовой частей режущей пластины с опорным элементом и стабилизацию точки приложения и направления действия силы закрепления пластины.
Ключевые слова: взаимозаменяемые резцы, режущая пластина, механическое крепление, неопределенность контакта, надежность, стойкость инструмента.
В ряде способов резьбонарезания и зубообработки, в том числе разработанных на кафедре «Технология машиностроения» ТулГУ, применяется режущий инструмент, именуемый резцовыми головками [1]. Несмотря на значительное разнообразие отдельных конструктивных элементов, различные резцовые головки (дисковые, червячные и т.п.) обладают сходными признаками, обеспечивающими в силу определенных преимуществ их эффективное использование.
В общем случае резцовые головки представляют собой сборный инструмент, состоящий из цельного или сборного корпуса и резцовых блоков.
На цилиндрической (иногда конической) периферийной поверхности корпуса под углом или параллельно оси головки расположены несколько продольных пазов, как правило, прямоугольной формы. В пазы по посадке с минимальным зазором устанавливаются до упора в неподвижные или регулируемые опоры резцовые блоки. Желательно, чтобы они были взаимозаменяемыми. Использование принципа взаимозаменяемости для достижения необходимого качества и точности резцовых головок в значительной мере определяет прогрессивность конструкции этого вида инструмента [2]. Закрепление резцовых блоков (резцов) в пазах производятся клиновыми зажимами или прихватами различных конструкций по одному резцу индивидуально или попарно.
Относительно большой диаметр головок обеспечивает благоприятные условия для размещения достаточного количества устанавливаемых резцов и числа оборотов инструмента при высоких скоростях резания [3].
В зависимости от инструментального материала устанавливаемые в головках резцы могут быть как изготовленными полностью из инструментального материала, т.е. цельными, так и сборными, преимущественно с механическим креплением режущей части.
Конструктивное оформление сборных резцов содержит ряд общих признаков, не смотря на многообразие индивидуальных решений. К таким, наиболее характерным признакам можно отнести оснащение державки резца (корпуса) твердосплавной режущей пластиной удлиненной формы и четырехугольного сечения, устанавливаемой в пазу соответствующего профиля с продольной фиксацией и механическим зажимом.
Данное конструктивное решение позволяет выдвигать режущую пластину вдоль паза для переточек по задней поверхности и обрабатывать (шлифовать) их, не касаясь державочной части. Поэтому время переточки такого инструмента по сравнению с конструкцией с напайными режущими пластинами значительно сокращается, качество заточки повышается, размеры резцовой головки в результате переточек не изменяются, а количество переточек увеличивается примерно до 20 и более. Заточка резцов требуемого профиля производится вне корпуса резцовой головки алмазным кругом на специальных заточных приспособлениях или устройствах. В случае необходимости предусматривается корректировка общей длины резца опорным регулировочным винтом. Однако, резцы с механическим креплением режущей пластины обладают определенными недостатками, рассмотреть которые целесообразно на конкретных конструкциях.
Известен режущий инструмент [4] (рис. 1), состоящий из корпуса (державки резца) 1 с наклонным продольным пазом прямоугольной формы в нижней части и формы типа «ласточкин хвост» в верхней части.
В верхней части паза расположена режущая пластина 2, соответствующего поперечного сечения и упорная планка 3 с рифлениями на нижней плоскости, препятствующая продольному смещению режущей пластины. В нижней прямоугольной части паза располагается клиновидная опорная пластина 5 со скосом на заднем торце и сухарь 4 с рифлениями на верхней поверхности и скосом на переднем торце. В корпус со стороны торца ввернута втулка 6 с внутренней резьбой для размещения регулировочной опоры 7. При перемещении сухаря 4 с помощью втулки 6 вдоль паза в направлении вершины резца опорная пластина 5 заклинивает режущую пластину 2 в верхней части продольного паза. После этого сухарь 6, скользя своим скосом по скосу на заднем торце опорной пластины 5, начинает контактировать через рифления с упорной планкой 3 и заклинивает ее в пазу «ласточкин хвост» корпуса 1, обеспечивая плотное сопряжение всех элементов резца.
Выдвижение режущей пластины для переточек производится перемещением упорной планки 3 в направлении вершины на шаг рифлений.
Недостатком этой конструкции является необходимость очень точного выполнения угловых и линейных размеров паза державки, клиновидной опоры и режущей пластины. Небольшие отклонения размеров будут
приводить к значительному изменению продольного положения клиновидной опоры, вызывая ее смещение за габариты инструмента у его вершины или в противоположном направлении.
Рис. 1. Резец с нижним клиновым зажимом режущей пластины
Наиболее близким по технической сущности является режущий инструмент с механическим креплением режущей пластины [5] (рис. 2).
Инструмент состоит из державки с продольным пазом типа «ласточкин хвост». В пазу закрепляется режущая пластина с помощью Г-образного прихвата и крепежного винта. Вылет режущей пластины фиксируется упорным сухарем с помощью установочного винта.
Недостатком данной конструкции является неопределенность контакта между плоскими поверхностями основания пластины и дна продольного паза державки. Из-за отклонений от прямолинейности указанных поверхностей в результате погрешностей их обработки реальный участок контакта может располагаться в любом месте по длине пластины. Это может вызвать неплотное прилегание с образованием зазора между пластиной и дном продольного паза державки у вершины пластины, т.е. в той ее части, где действуют силы резания. Плоская форма прижимной поверхности Г-образного прихвата приводит к неопределенности положения точки приложения и направления действия силы зажима, действующей на режущую пластину, как по высоте, так и в продольном направлении. В резуль-
/ Б-Б
5
тате режущая пластина может быть прижата к боковой стороне продольного паза державки типа «ласточкин хвост», а контакт плоскости основания пластины с дном продольного паза державки будет нарушен.
Рис. 2. Резец с боковым Г-образным зажимом режущей пластины
Отсутствие опоры под пластиной на участке действия сил резания вызывает вибрации пластины в державке инструмента, что может привести к возникновению микросколов на режущих кромках, особенно при использовании твердого сплава в условиях ударных нагрузок, характерных для работы резцовых головок при зубонарезании. В результате снижается стойкость режущего инструмента.
Устранение указанных недостатков достигается тем, что в рассмотренном резце (рис. 2) дно продольного паза под режущей пластиной выполнено вогнутым по всей ее длине, а поверхность Г-образного прихвата, контактирующая с режущей пластиной, выполнена бочкообразной.
Сущность предлагаемого решения с некоторыми конструктивными усовершенствованиями поясняется рис. 3.
Рис. 3. Резец с модифицированной опорой для режущей пластины и боковым Г-образным зажимом
Резец содержит державку 1, в продольном пазу типа «ласточкин хвост» которой размещена режущая пластина 2, закрепленная Г-образным прихватом 3 с помощью зажимного винта 4. Вылет режущей пластины 2 зафиксирован упорным элементом 5 с помощью винта 6. Если необходимо,
1 и __О Г-! Л и
длина резца корректируется сферической опорой 7 с фиксацией от самоотвинчивания контргайкой 8.
Сборка режущего инструмента осуществляется следующим образом. При закреплении режущей пластины 2 в продольном пазу державки 1 Г-образный прихват 3 прижимает ее в державке 1 одновременно к боковой стороне и дну паза типа «ласточкин хвост» за счет наклона боковых стенок паза, боковых граней режущей пластины 2 и бочкообразной формы прижимной поверхности Г-образного прихвата 3. Благодаря вогнутой форме дна продольного паза под режущей пластиной 2, она гарантированно плотно контактирует с дном продольного паза державки 1 на двух локальных участках в передней и хвостовой частях режущей пластины 2.
Достоинством предложенной конструкции резца является четкое базирование трапецеидальной режущей пластины в пазу державки, лишающее ее возможности неопределенной установки.
Указанные выше отличительные особенности конструкции позволяют повысить надежность закрепления режущей пластины, исключить ее вибрации в державке инструмента и возможности возникновения микросколов на режущих кромках, а также стабилизировать точку приложения и направление силы зажима Г-образным прихватом [6].
С целью подтверждения целесообразности предлагаемого решения был проведен эксперимент в лабораторных условиях Тульского государственного университета. Сравнивались два режущих инструмента: 1) резец с плоским дном продольного паза и плоской прижимной поверхностью Г-образного прихвата; 2) предлагаемый вариант с вогнутым на глубину 0,02 мм дном продольного паза под режущей пластиной сечением 5x7 мм длиной 35 мм из твердого сплава Т15К6 и бочкообразной прижимной поверхностью Г-образного прихвата. На токарном станке 16К20 осуществлялось прерывистое продольное точение цилиндрической заготовки 0125 мм из стали 45 с 20-ю продольными пазами при глубине резания 1 мм, скорости резания 197 м/мин и подаче 0,1 мм/об.
В результате эксперимента установлено, что режущий инструмент с вогнутым дном продольного паза под режущей пластиной и бочкообразной прижимной поверхностью Г-образного прихвата обеспечил нормальное резание без вибраций в течение всего периода стойкости до износа 0,5 мм по задней поверхности без микросколов на режущих кромках. При работе режущим инструментом с плоским дном продольного паза под режущей пластиной и плоской прижимной поверхностью Г-образного прихвата были отмечены вибрации и микросколы на режущих кромках, образовавшиеся в начале резания острозаточенной пластиной.
Список литературы
1. Маликов А. А., Ямников А.С. Прогрессивные способы чистовой обработки эвольвентной поверхности цилиндрических колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 37-48.
2. Малахов Г.В., Горохов А.В. Моделирование коэффициента впадины зубчатых колес из заготовок с предварительно оформленными зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 303-312.
3. Малахов Г.В., Птицын В.В., Горохов А.В. Оценка сочетаний параметров зубчатых колес из заготовок с предварительно оформленными зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 297-303.
4. А. с. № 671930 СССР. Сборный резец / Ю.Н. Федоров, Г.В. Малахов. Опубл. 05.07.1979. Бюл. № 25.
5. Золотухина О.Л. Рациональная геометрия взаимозаменяемых резцов для обработки эвольвентных зубчатых поверхностей // Известия Тульского государственного университета. Сер. Инструментальные и метрологические системы. Вып. 1. Труды научно-технической конференции «Наука о резании материалов в современных условиях» 9—11 февраля 2005 г. В 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. Ч.1. С. 106 -110.
6. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Методика параметрической стабилизации процесса зубообразования по методу обката // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 102 -109.
Малахов Геннадий Викторович, канд. техн. наук, доц., tms a t.su.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Артамонов Валерий Дмитриевич, д-р техн. наук, проф., tmsa t.su.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Михайлов Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., tmsatsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DIRECTION OF MODERNIZATION OF SUBSTITUTE CUTTERS COMBINED TEAMS
OF TURNING TOOL HEADS
G. V. Malakhov, V.D. Artamonov, A. V. Mikhailov
The analysis of typical designs of modular cutters to equip — time various types of turning tool heads. It is proposed to upgrade the incisors, providing guaranteed contact the front and rear portions of the cutting insert with supports nym element and stabilize the point of application and direction of the force of the plate — mounting.
Key words: interchangeable cutters, insert, mechanical attachment, contact the uncertainty, reliability and tool life.
Malakhov Gennady Viktorovich, candidate of technical science, docent, tms@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Artamonov Valery Dmitrievich, doctor of technical science, professor, tms@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mihailov Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical science, docent, tmsa tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University
