Анализ схем крепления режущих пластин для затачивания по задней поверхности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.924

П. В. НАЗАРОВ И. К. ЧЕРНЫХ Е. Н. МАТУЗКО И. А. БУГАЙ Е. В. ВАСИЛЬЕВ

Омский государственный технический университет, г. Омск

АНАЛИЗ СХЕМ КРЕПЛЕНИЯ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ДЛЯ ЗАТАЧИВАНИЯ ПО ЗАДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ_

В современном машиностроении при использовании в процессе резания металлорежущих пластин повсеместно наблюдается ситуация, когда пластины перестают использовать по н а ступлении их предельного износа, з аданного заводом-изготовителем. Пластины не восстанавливаются вручную из-за точности геометрии и редко восстанавливаются на специализированном оборудовании из-за, во-первых, отсутствия такового оборудования и, во-вторых, из-за неполной проработки и исследования данного вопроса. В статье исследуется проблема за тачивания режущих пластин по задней поверхности, проводится анализ схем крепления. Анализируются достоинства и недостатки каждой из схем, выбирается н аиболее целесообразная и приводятся подтверждающие расчеты.

Ключевые слова: твердосплавные пластины, затачивание, восстановление ресурса инструмента.

Возобновление ресурса режущего инструмента позволяет значительно продлить период закупки новых инструментов взамен старых, что уменьшит расходы предприятия на оснащение производства. Для затачивания изношенных металлорежущих пластин необходимо применение специального оборудования, например, специально-заточных и универсально-заточных станков [1]. Получение необходимой геометрии в таком случае обеспечивается правильностью выбора режимов заточки, выбором соответствующего шлифовального круга и обеспечением подачи в нужном направлении.

Затачивание инструмента из разных групп инструментальных материалов имеет свои особенности. Так, быстрорежущие стали обладают лучшей обрабатываемостью по сравнению с более теплостойкими и износостойкими твердыми сплавами, и сверхтвердыми материалами. Твердые сплавы, по сравнению с быстрорежущими обладают большей твердостью (на 5...8) единиц ИЯС [2]. В свою очередь, керамические инструментальные материалы, имея твердость как у твердосплавных, имеют повышенную теплоемкость, а их прочность ниже примерно в 3 раза. Таким образом, обеспечение широкого диапазона выбора режимов шлифования и методов затачивания инструмента является главной задачей при разработке оборудования и оснастки для затачивания инструмента.

Металлорежущие пластины затачивают по передней и задней поверхности. Передняя поверхность пластины обращена к обработанной части заготовки и в процессе резания находится в постоянном контакте со стружкой, вследствие чего подвержена час-

тому износу. Затачивание по передней поверхности формирует передний угол, который влияет на силы резания, сход стружки и стойкость инструмента [3]. Также часто встречается износ по задней поверхности. В данной статье рассматривается затачивание металлорежущих пластин именно по задней поверхности.

Металлорежущие пластины устанавливаются на токарные резцы и на фрезы. Задняя поверхность обращена к обрабатываемой части детали и угол ее наклона формирует задний угол, который, в свою очередь, влияет на трение резца о поверхность заготовки и, как следствие, на силы резания [4]. При обработке мягких и вязких материалов и при чистовой обработке величины задних углов назначают большими, чем при обработке хрупких, твердых металлов и обдирочных работах.

Для обработки задней поверхности пластины на заточном станке необходимо ее установить. Существуют различные схемы крепления для шлифования задней поверхности, основные из них представлены на рис. 1: а — крепление прижимом с центрированием по фаске; б — крепление прижимом; в — крепление винтом; г — крепление при помощи цанги; д — крепление винтом с центрированием по втулке. На рис. 1 показаны 1 — сменная оправка пластины; 2 — режущая пластина; 3 — прижим; 4 — винт; 5 — цанга разжимная; 6 — винт с конической головкой.

Каждая схема крепления имеет свои достоинства и недостатки. Для нормального затачивания пластины схема крепления должна удовлетворять следующим условиям: пластина должна закрепляться соосно с осью шпинделя станка; схема должна обес-

А

Рис. 1. Схемы крепления шлифовальных пластин: крепление прижимом с центрированием по фаске; б — крепление прижимом; в — крепление винтом; г — крепление при помощи цанги; А — крепление винтом с центрированием по втулке

печивать необходимое усилие (с учетом коэффициента запаса) прижима для исключения проворачивания пластины при шлифовании. Стоит также учесть современные тенденции машиностроения, поэтому предпочтительна будет схема, обеспечивающая быструю (либо автоматическую) замену режущих пластин.

Для выбора наиболее подходящей схемы проведен расчет требуемых сил зажима по каждой схеме для того, чтобы исключить проворачивание пластины при шлифовании. При расчете потребных сил воспользуемся рекомендациями учебного пособия [5].

Схема действующих сил и моментов для варианта крепления по рис. 1а представлена на рис. 2.

На рис. 2 показаны диаметры контактирующих поверхностей пластины Бп, коэффициенты трения /2, сила прижима Р и возникающий при шлифовании момент М. Из уравнения равновесия составим равенство для нахождения потребной силы прижима Р (1):

к • М = Р • I

А + В2 + р / Б3 + Б4

4

4

(1)

где к — коэффициент запаса, который рассчитывается по формуле (2):

к = П5.о к

(2)

Этот коэффициент рассчитывается применительно к конкретным условиям обработки. В нашем случае принимается к0=1,5 — гарантированный коэффициент запаса для всех случаев; к1=1 — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовок (чистовая поверхность в нашем случае); к2=1,5 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания от прогрессирующего затупления инструмента; к3=1,2 — коэффициент, учитывающий увеличение сил резания при прерывистом резании; к4=1 — коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой приводом приспособления (по схеме рис. 1а и б) для гидравлического привода); к5=11 — коэффициент, учитывающийся при наличии крутящих моментов, стремящихся провернуть обрабатываемую деталь. Подставляя данные в формулу (2), находим суммарный коэффициент к (3):

Рис. 2. Схема Аействующих сил и моментов Аля варианта крепления прижимом с центрированием по фаске

Рис. 3. Металлорежущая пластина типа «лоАочка»

к

П5_ 0 к = 1,5 • 1 • 1,5 • 1,2 • 1 • 1 = 2,7.

(3)

Возникающий при шлифовании момент М — это произведение тангенциальной составляющей силы резания на плечо, которым является расстояние от шлифуемой поверхности до оси вращения режущей пластины. Для примера будем использовать пластину типа «лодочка», пластина показана на рис. 3.

Максимальный момент будет возникать при шлифовании вершины пластины на середине радиуса скругления между двумя режущими кромками. Применим к данной схеме силу Pz = 50 Н, что примерно соответствует условиям чернового шлифования с большой окружной скоростью и подачей [6]. В таком случае момент найдется по формуле (4):

М = 1 • Р =

40 • 10 2

50 = 1 Н.м.

(4)

Примем также коэффициенты трения /1=/2 = 0,2 для шлифованных поверхностей, а диаметры соот-

б

а

в

г

а

3

§

V ч '/Л § ъ 7л/ <2 /^Р

\

«1) л ^

л—ч- и 1 м

Рис. 4. Схема действующих сил и моментов для варианта крепления прижимом

Рис. 6. Схема действующих сил и моментов для варианта крепления при помощи цанги

Рис. 5. Схема действующих сил и моментов для варианта крепления винтом

Рис. 7. Схема действующих сил и моментов для варианта крепления винтом с центрированием по втулке

Таблица 1

Сравнительная характеристика схем крепления

Название схемы Потребная сила, Н Необходимый момент затяжки винта, Н*м Обеспечение соосности Возможность автоматизации замены пластин

Крепление прижимом с центрированием по фаске 2160 — Центрирование по фаске — точное Присутствует

Крепление прижимом 1928 Центрирование по втулке — удовлетворительное (между втулкой и пластиной имеется некоторый зазор) Присутствует

Крепление винтом 2808 1,26 Центрирование по фаске — точное, но на центрирование влияет точность изготовления резьбы винта и втулки Отсутствует, поскольку необходимо закручивать винт

Крепление при помощи цанги 7020 Центрирование по отверстию пластины — точное, но отсутствует осевая фиксация Отсутствует, поскольку необходимо закручивать винт

Крепление винтом с центрированием по втулке 2808 1,26 Центрирование по втулке — удовлетворительное (между втулкой и пластиной имеется некоторый зазор) Отсутствует, поскольку необходимо закручивать винт

ветственно размерам пластины и размером прижимающего устройства (которые установлены с учетом того, чтобы их не касался шлифовальный круг): Р1 = 6 мм, Р2 = 5 мм, D3 = 8 мм, Р4 = 6 мм. Тогда, выразив из формулы (1) силу прижима Р, получим (5):

Р =

к • М

Р + Р + г . Р3 + Р4

= 2160 Н.

(5)

1 •

4

4

Здесь Л1 = Л3 = 8, Р2 = Р4 = 6. Используя перечисленную выше методику, найдем (6):

Р =

к • М

Р + Р + г Р + Р --+ 1 2 '-

4 2 4

= 1928 Н.

(6)

4

Схема действующих сил и моментов для варианта крепления по рис. 1б представлена на рис. 4.

Схема действующих сил и моментов для варианта крепления по рис. 1в представлена на рис. 5.

Здесь Р1 = 8 мм, Р2 = 6 мм, Р3 = 6 мм, Р4 = 5 мм, к4=1,3 мм, наружный диаметр резьбы винта М3. Используя перечисленную выше методику, найдем (7):

Рис. 8. Кинематическая схема

ции присутствует возможность автоматизации, при этом необходима небольшая потребная сила для закрепления пластины, которую можно обеспечить, если прижим будет приводиться в движение от гидроцилиндра.

Для обеспечения шлифования режущих пластин по задней поверхности с заданным задним углом необходимы движения резания и движения подачи, предложена кинематическая схема рис. 8.

На рис. 8 показаны 1 — обрабатываемое изделие; 2 — шлифовальный круг; 3 — бабка станка; 4 — шлифовальный шпиндель; 5 — привод вращения шлифовального круга; 6 — привод вращения обрабатываемого изделия; 7 — привод поперечной подачи бабки станка; 8 — фиксатор положения поворотного стола; 9 — поворотный стол.

Библиографический список

Р =

к • М

А + А + г А + А

11 • 4 + ^ 4

= 2808 Н.

(7)

Найдем момент затяжки винта, необходимый для создания рассчитанного усилия по упрощенной формуле (8):

(8)

Схема действующих сил и моментов для варианта крепления по рис. 1г представлена на рис. 6.

Здесь Б1 = 5 мм. Сила О — сила разжима, потребная для закрепления пластины. Она находится по формуле (9):

кМ

О =-^ = 7020 Н.

Ъ • — 1

(9)

Схема действующих сил и моментов для варианта крепления по рис. 1д представлена на рис. 7.

Требуемая сила прижима Р и необходимое усилие момента затяжки винта в данной схеме будут такими же, как и в схеме по рис. 5.

Анализ схем представлен в табл. 1.

Проведенный анализ показал, что оптимальная схема крепления пластины — крепление прижимом с центрированием по фаске, потому что она обеспечивает точное центрирование; в такой конструк-

1. Дибнер Л. Г. Справочник молодого заточника металлорежущего инструмента. М.: Высшая школа, 1984. 160 с.

2. Палей М. М., Дибнер Л. Г., Флид М. Д. Технология шлифования и заточки режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1988. 288 с.

3. Фещенко В. Н. Обработка на токарно-револьверных станках. М.: Высшая школа, 1979. 143 с.

4. Ознобишин Н. С. Технический контроль в механических цехах. М.: Высшая школа, 1969. 312 с.

5. Стекольников М. В. Проектирование технологической оснастки: учеб. пособие. Саратов: Изд-во СГТУ, 2009. 84 с.

6. Терган В. С., Доктор Л. Ш. Шлифование на круглошли-фовальных станках. М.: Высшая школа, 1977. 284 с.

НАЗАРОВ Павел ВлаАиславович, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. ЧЕРНЫХ Иван Константинович, студент гр. КТО-133 машиностроительного института. МАТУЗКО Елена Николаевна, студентка гр. КТО-133 машиностроительного института. БУГАЙ Иван Анатольевич, ассистент кафедры металлорежущих станков и инструментов. ВАСИЛЬЕВ Евгений ВлаАимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в реАакцию 26.12.2016 г. © П. В. Назаров, И. К. Черных, Е. Н. Матузко, И. А. Бугай, Е. В. Васильев

М = 0,15- Р М„,,„тг, = 1,2636 Нм.

>

Е х х

О

О ^

о

т >

Е х х

О

т

т

X

т