1 Фасонный резец

1.1 Назначение, область применения и типы фасонных резцов

Фасонные поверхности различных деталей машин могут быть получены при точении следующими основными методами [2]:

а) обработкой токарными резцами с применением одновременно продольной и поперечной подачи;

б) обработкой токарными резцами с помощью специального копира или гидросуппорта;

в) обработкой токарными резцами на станке с ЧПУ;

г) обработкой на токарных многорезцовых станках, где все элементы профиля детали обрабатываются одновременно двумя группами предварительно настроенных резцов, одна из которых работает с продольной подачей, другая – с поперечной. При этом каждый резец производит обработку отдельного элемента профиля;

д) обработкой токарными резцами на станке с ЧПУ.

При обработке фасонным резцом все элементы профиля образуются одним резцом, совершающим прямолинейное перемещение в одном направлении.

В крупносерийном и массовом производстве для обработки фасонных поверхностей распространение получили фасонные резцы, так как они обеспечивают высокую производительность, а также идентичность формы и высокую точность размеров обрабатываемых изделий [2].

Применяются фасонные резцы для обработки тел вращения на станках с вращательным движением обрабатываемой детали, а также для фасонных поверхностей на станках с прямолинейным движением детали или резца [2].

Круглые фасонные резцы применяются для обработки как внутренних, так и наружных фасонных поверхностей. Широкое применение круглых фасонных резцов объясняется относительной простотой их изготовления и долговечностью (допускается большое количество переточек) [2].

1.2 Задание на проектирование фасонного резца

Спроектировать круглый фасонный резец для обработки детали, представленной на рисунке 1.1.

Исходные данные: D₁ = 15 мм; D₂ = 20 мм; D₃ = 30 мм; R = 8 мм; l₁ = 38 мм; l₂ = 3 мм; l₃ = 27 мм; l₄ = 15 мм; l₅ = 12 мм; l₆ = 35 мм. Материал изделия обрабатываемого фасонным резцом сталь 20, твердость _в = 45 кгс/мм², предел прочности при растяжении  = 30 %. Тип резца: круглый.

Отклонения диаметральных и длинновых размеров принимаем по h9.

Рисунок 1.1. Эскиз детали , обрабатываемой фасонным резцом

1.3 Выбор параметров режущего инструмента

1.3.1 Определяем тип резца

Согласно заданию определяем тип резца: круглый фасонный резец ([1], с. 10, табл. 1.9).

1.3.2. Конструкция круглого фасонного резца: цельная.

1.3.3 Материал режущей части резца

Материал режущей части резца выбираем согласно обрабатываемому материалу. В нашем случае заготовка состоит из стали 20, выбираем материал режущей части резца: Р6М5.

1.3.4 Назначение углов режущего лезвия резца

Задний угол  принимают в пределах 10…15⁰ для круглых резцов; передний угол  назначают в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Принимаем: задний угол  = 10⁰ ([2], с. 8), а передний угол  = 20⁰ ([2], с. 9, табл. 1).

1.3.5 Период стойкости

Выбираем среднее значение стойкости при однострументной обработке: T = 30 мин ([4], с. 268).

1.4 Назначение режимов резания

1.4.1 Определение габаритных размеров фасонного резца

Наименьший допустимый диаметр фасонного резца определяем по формуле (1.1):

, (1.1)

где d – диаметр оправки для крепления резца;

t_max – наибольшая глубина профиля детали;

d_max, d_min – наибольший и наименьший диаметры профиля обрабатываемой детали.

Рисунок 1.2. Определение габаритных размеров круглого фасонного резца

1.4.2 Определение глубины резания

Наибольшую глубину профиля детали определяем по формуле (1.2):

. (1.2)

Подставляем численные значения в формулу (1.2):

мм.

Минимальные размеры оправки для крепления круглых фасонных резцов зависят от предполагаемого усилия резания, ширины резца и метода крепления оправки. Следовательно, для определения диаметра оправки выполним расчет режимов резания [4].

1.4.3 Определение значения подачи

Значение подачи s определяем по табл. 16 ([4], с. 269) в зависимости от ширины резца и наибольшего диаметра обработки D_max = 30 мм, ширина резца b = 38 мм; s = 0,05 мм/об.

1.4.4 Определение скорости резания

Скорость резания при точении круглым фасонным резцом определяем по формуле (1.3):

(1.3)

где С_V = 22,7 коэффициент ([4], с. 269, табл. 17);

T = 30 мин ([4], с. 268) – среднее значение стойкости инструмента;

t = 7,71 мм – глубина резания;

m = 0,30; y = 0,5; х = 0 ([4], с. 269, табл. 17) – показатели степени.

Коэффициент K_V определяем по формуле (1.4), ([4], c. 268):

(1.4)

где К_МV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

К_ПV – коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки;

К_ИV – коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

Коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала: К_МV определяем по формуле:

, (1.5)

где К_Г = 1,0 ([4], с. 262, табл. 1);

n_v = 1,75 ([4], с. 262, табл. 1);

(сталь 20).

Подставляем численные значения в формулу (1.5):

Коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки: К_ПV = 0,9 ([4], с. 263, табл. 5).

Коэффициент, учитывающий качество материала инструмента: К_ИV = 1,0 ([4], с. 263, табл. 6); марка инструментального материала: Р6М5.

Подставляем численные значения в формулу (1.4):

.

Подставляя численные значения в формулу (1.3), получаем скорость резания:

м/мин.

1.4.5 Определение частоты вращения шпинделя станка

Определяем частоту вращения шпинделя станка по формуле (1.6):

. (1.6)

Подставляем численные значения в формулу (1.6):

об/мин.

1.4.6 Определение фактической скорости резания

Фактическую скорость резания определяем по формуле (1.7):

, (1.7)

где = 800 об/мин – частота вращения шпинделя станка 16К20 (по паспорту).

Подставляем численные значения в формулу (1.7):

м/мин.

1.4.7 Определение силы резания при точении фасонными резцами

Сила резания определяется по формуле (1.8), ([4], с. 271):

(1.8)

где С_р = 212 – коэффициент для расчета силы резания при точении, выбираем в зависимости от материала заготовки (сталь 20) и материала режущей части резца Р6М5 ([4], с. 273, табл. 22);

t = 7,71 мм – глубина резания;

s = 0,05 мм/об – скорость подачи при фасонном точении;

х = 1; y = 0,75; n = 0 – показатели степеней ([4], с. 273, табл. 22);

Поправочный коэффициент К_р определяем по формуле (1.9), ([4], с. 271):

, (1.9)

где – поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества медных и алюминиевых сплавов на силовые зависимости ([4], с. 264, табл. 9),

;

, , , - поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработке стали и чугуна,

= 1,08 ([4], с. 275, табл. 23);

= 1,0 ([4], с. 275, табл. 23);

= 1,0 ([4], с. 275, табл. 23);

= 0,87 ([4], с. 275, табл. 23).

Подставляем численные з начения в формулу (1.9):

.

Подставляем численные значения в формулу (1.8):

.

1.4.8 Определение мощности резания

Мощность резания определяем по формуле (1.10), ([4], с. 271):

(1.10)

Подставляем численные значения в формулу (1.10):

кВт.

1.4.9 Сравнение мощности привода станка и мощности резания

Выбираем станок 16К20: мощность электродвигателя главного привода – = 11 кВт, . Мощность резания = 1,68 кВт.

Следовательно, мощность электродвигателя главного привода станка удовлетворяет требуемой мощности резания.

1.4.10 Определение машинного времени

Машинное время определяем по формуле (1.11):

(1.11)

где L = 7,71 мм – длина хода резца, определяемая как полуразность диаметра заготовки и минимального диаметра фасонной детали;

s = 0,05 мм/об – подача;

n_ст = 800 об/мин – частота вращения шпинделя станка 16К20 (по паспорту);

i – количество проходов.

Подставляем численные значения в формулу (1.11):

мин.

Диаметр посадочного отверстия определяем из условия достаточной прочности и жесткости оправки в зависимости от главной составляющей силы резания Р_z.

При двустороннем креплении диаметр посадочного отверстия определяется по таблице № 1.1: d = 16 мм.

Таблица № 1.1

Сила резания Р, Н	d, при ширине резца В, мм
	от 10 до 13		св. 13 до 18		св. 18 до 25		св. 25 до 34		св. 34 до 45		св. 45 до 60		св. 60 до 80
	I	II	I	II	I	II	I	II	I	II	I	II	I	II
А. Консольное крепление оправки
до 1000	13	16	13	16	16	22	16	22	22	-	22	-	22	-
св. 1000 до 1300	13	16	16	22	16	22	22	27	22	-	22	-	27	-
св. 1300 до 1700	16	22	16	22	22	27	22	27	22	-	27	-	27	-
св. 1700 до 2200	16	22	22	27	22	27	22	27	27	-	27	-	32	-
св. 2200 до 2900	22	27	22	27	22	27	27	32	27	-	27	-	32	-
св. 2900 до 3800	22	27	22	27	27	32	27	32	32	-	32	-	32	-
св. 3800 до 5000	22	27	27	32	27	32	32	40	32	-	32	-	40	-
св. 5000 до 6500	27	32	27	32	27	32	32	40	40	-	40	-	40	-
св. 6500 до 8500	27	32	27	32	32	40	40	50	40	-	40	-	50	-
св. 8500 до 11000	27	32	27	32	32	40	40	50	40	-	40	-	50	-
Б. Двустороннее крепление оправки
до 1000	10	10	10	10	10	13	10	13	13	-	13	-	16	-
св. 1000 до 1300	10	10	10	13	10	13	13	16	16	-	16	-	16	-
св. 1300 до 1700	10	13	10	13	13	16	13	16	16	-	16	-	16	-
св. 1700 до 2200	10	13	13	16	13	16	16	22	16	-	16	-	22	-
св. 2200 до 2900	13	16	13	16	13	16	16	22	22	-	22	-	22	-
св. 2900 до 3800	13	16	13	16	16	22	16	22	22	-	22	-	27	-
св. 3800 до 5000	13	16	16	22	16	22	22	27	22	-	22	-	27	-
св. 5000 до 6500	16	22	16	22	22	27	22	27	27	-	27	-	27	-
св. 6500 до 8500	16	22	22	27	22	27	22	27	27	-	27	-	32	-
св. 8500 до 11000	16	22	22	27	22	27	22	27	32	-	32	-	32	-

Подставляем численные значения в формулу (1.1):

мм.

Получаем, что D 45,42 мм. Округляем D до ближайшего стандартного значения: D = 50 мм ([2], с. 11).

1.4.11 Определяем величину смещения

Величину смещения определяем по формуле (1.12):

(1.12)

Подставляем численные значения в формулу (1.12):

мм.

1.5 Графический метод определения профиля резца

Графический метод определения профиля круглого фасонного резца весьма прост и нагляден. Вместе с тем при правильно выбранном масштабе и тщательном выполнении построения он обеспечивает практически такую же точность, как и аналитический расчет. Часто аналитический и графический расчеты выполняются одновременно и при совпадении результатов данных расчетов считаются достоверными. Необходимость расчета различными способами вытекает из того, что при проверке результатов расчета тем же способом, которым он выполнен, вероятно повторение тех же ошибок, которые были допущены ранее. Если же проводится аналитический расчет и графическое построение, то совпадение ошибок в обоих случаях маловероятно. Более того, при расхождении результатов обоих расчетов легко найти допущенные ошибки, производя проверки только в тех местах, где имеются существенные расхождения [2].

Принимаем масштаб построения 10:1.

Исходными данными для графического построения профиля резца являются: чертеж обрабатываемой детали, диаметр резца D и выбранные геометрические параметры α и γ.