Ротационное резание материалов
П. И. Ящерицын, А. В. Борисенко, И. Г. Дривотин, В. Я. Лебедев
Наука и техника, 1987 г.
ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНСТРУМЕНТА С ОБРАБАТЫВАЕМЫМ МАТЕРИАЛОМ ПРИ РОТАЦИОННОМ РЕЗАНИИ
При переходе от традиционного резания к ротационному относительное скольжение в контакте рабочих поверхностей инструмента с обрабатываемым материалом заменяется на качение с долей проскальзывания. Доля проскальзывания характеризует степень реализации основного принципа ротационного резания в конкретном инструменте и определяется кинематическим коэффициентом равным отношению линейных скоростей резца υνи детали ид при резании: Κ=υρ/υΆ.
Взаимное качение двух тел возможно, если хотя бы одно из них является телом вращения. Так как обрабатываемые детали могут иметь различную форму и нецелесообразно ограничивать их применение в процессе резания только вращательным движением, форма тела вращения придается инструменту. Значит, переход к ротационному резанию предполагает относительное перемещение режущего лезвия в касательном направлении, а в более простом случае режущая часть инструмента имеет круговую режущую кромку. Тогда касательное перемещение означает вращение ее вокруг собственной оси.
Таким образом, в процессе ротационного резания происходит непрерывная смена контактных поверхностей не только детали, но и инструмента. Кроме того, непрерывно обновляется активный участок режущего лезвия, который периодически участвует в снятии стружки. Известно, что при периодическом прерывании процесса резания в ряде случаев улучшаются условия работы режущих инструментов, а также контактные условия и теплоотвод из зоны резания, снижаются усилия резания [5, 7, 27, 59, 195, 196, 273]. Однако в некоторых случаях это сопровождается потерей производительности обработки. В процессе ротационного резания сочетаются два эффективных способа повышения режущей способности инструмента и производительности обработки резанием: снижение относительного скольжения в контакте инструмента с деталью и периодизация процесса резания элементарным участком режущего лезвия без прерывания этого процесса. Это огромный резерв для повышения эффективности обработки резанием. В практике известно и раздельное осуществление принципов ротационного резания, обеспечивающее повышение эффективности лезвийной обработки.
Принцип периодизации работы режущего лезвия широко используется в невращающихся инструментах, например в так называемых шаговых резцах. Применение инструментов, оснащенных не вращающимися в процессе работы круглыми пластинками, повышает в первую очередь размерную стойкость, позволяет вести обработку на повышенных подачах. Они широко применяются на автоматических линиях как в токарных, так и фрезерных головках. После износа участка режущей кромки пластинка поворачивается вручную на некоторый угол. Такой принцип используется в ряде токарных инструментов, разработанных во ВНИИ [166, 204], а также в конструкции Ю. Д. Лигского [164]. Более рационально применение принудительного периодического поворота режущей пластинки, который может выполняться после заданного количества проходов или определенного времени наработки. Известны конструкции с электромагнитным приводом поворота пластины, содержащие как программное управляющее устройство, так и рычажный привод [166]. При этом поворот может осуществляться после полного износа участка режущей кромки с заданным шагом или систематически с многократным вводом в работу одного и того же участка.
Державка для круглых чашечных резцов (рис. 1.1) обеспечивает автоматический периодический поворот режущей кромки, так как она снабжена электромагнитом, сердечник которого связан с храповым механизмом поворота оси чашечного резца. Чашечный резец 1 установлен на оси 2. На ее противоположном конце помещено храповое колесо 5, в зацеплении с которым находится собачка 9, связанная со стойкой 7. Продольное перемещение собачка получает от электромагнита 6, якорь которого шарнирно соединен с тягой 3. В исходное положение подвижная система возвращается под действием пружины 5. Все элементы собираются в корпусе 4. Электромагнит получает сигнал от реле времени или от счетчика проходов. Таким образом, периодический ввод в работу нового участка режущей кромки может задаваться либо периодом стойкости, либо количеством обработанных деталей.
Резцы с круглой твердосплавной пластиной используются в токарных автоматах фирмы «Джонс энд Лэмсон» для обточки роторов электродвигателей небольших размеров. Станок снабжен устройством для импульсного компенсационного перемещения на 0,01 мм и механизмом поворота режущей пластины. При повороте ее на 3° изношенный участок лезвия заменяется новым. После 103 поворотов используется весь периметр режущей кромки, что позволяет обработать около 3000 деталей [204].
Принцип периодизации работы режущей части инструмента реализован в фрезоточении — методе, предложенном Ю. А. Новоселовым. Для фрезоточения характерны соизмеримые по скорости вращательные движения инструмента и детали. Сущность способа заключается в том, что резцу кроме поступательного движения вдоль оси детали придается вращение вокруг оси, не пересекающейся с осью вращения детали. При этом ось вращения резца перпендикулярна или наклонена под углом к оси детали. Количество режущих лезвий может быть значительным — до десяти и более. В результате сочетания вращения резца и его продольного перемещения режущие лезвия описывают циклоиды относительно неподвижной поверхности детали, а при ее вращении — винтовые циклоиды. В качестве режущего инструмента может применяться долбяк. Преимуществами такого способа являются деление стружки на короткие заданной длины куски, повышение стойкости режущего лезвия, возможность съема значительных припусков за один проход при небольшой глубине резания на каждый зуб, повышение производительности обработки, улучшение обрабатываемости вязких и жаропрочных материалов.
Разработаны также специальные устройства для токарных станков больших габаритов, содержащие индивидуальный привод, коробку передач и механизм радиального перемещения. Такие устройства устанавливаются вместо стандартного суппорта и оснащаются торцовыми фрезерными головками или концевыми пальцевыми фрезами. Наиболее эффективно их применение при черновой и получистовой обработке вязких и труднообрабатываемых материалов. Обеспечение кинематического стружко-дробления и периодизация процесса резания позволяют увеличить производительность обработки в 3 раза.
Принцип обновления активной части режущих инструментов путем их касательного перемещения в процессе резания также используется для повышения их работоспособности. Например, при точении призматическая пластина устанавливается под углом к оси заготовки и перемещается в процессе работы посредством кинематической связи с механизмом подач станка [205] или с помощью дополнительного привода [180]. Это обеспечивает кинематическое заострение режущего лезвия, повышает прочность режущего клина, так как возможно применение инструмента со значительным углом заострения.