Несмотря — на большое разнообразие видов инструментов, все они имеют ряд общих элементов: рабочую часть и корпус с за­жимной частью.

Рабочая часть. По форме рабочая часть определяется видом инструмента. Габаритные размеры ее выбираются с учетом требо­ваний стандартов. Так, размерный ряд диаметров рабочей части спиральных сверл регламентируется ГОСТ 885—77, размерный ряд наружных диаметров фрез —стандартом СЭВ 201—75 (диа­пазон диаметров для основного ряда 1,6—630 мм, для дополнитель­ного ряда —1,8—560 мм). Допуски на диаметр рабочей части или размеры поперечного сечения инструмента устанавливаются стандартами на инструмент. Допуски назначаются на типораз­меры, входящие в определенный интервал номинальных размеров. Стандартом. СЭВ 145—75 установлены следующие интервалы номинальных размеров.

Основные интервалы (мм): до 3; 3—6; 6—10; 10—18; 18—30; 30—50; 50—80; 80—120; 120—180; 180—250; 250—315; 315-400; 400—500,

М

Промежуточные интервалы (мм): 10-^—14; 14—18; 18і—24; 24—30; 30—40; 40 —50 ; 50—65; 65 —80; 80—100; 100—120; 120—140 и т. д.

Расчет допусков для каждого интервала производится по рас­четному размеру — среднегеометрическому для каждого интер­вала

^инт ^ J/^mlnAnax-

Допуски (если они не выбираются по таблицам) определяются, исходя из единицы допуска і (для 5—17-го квалитетов)

і = 0,45 + 0,001DHHTt

где DHHT —в мм; і —в мкм.

Значения допусков в зависимости от квалитета, например для линейных размеров, равны: ІТ5 —7г, ІТ6 —10і ІТ7 —16і IT8 — 25i IT9 — 40i IT10—64i ITU—100i IT12—I60i IT 13 — 250i IT14 — 400i IT15 — 600i IT 16 — W00i IT 17 — 1600І.

Современный инструмент общего назначения, как-правило, составной: рабочая часть инструмента выполняется из инструмен­тального материала, корпус (державка) — из конструкционного материала. Способы соединения рабочей части и корпуса раз­личны. Это сварка — для инструмента с рабочей частью из бы­строрежущих сталей (для инструмента диаметром свыше 10 мм), пайка или наклейка — для твердосплавного, минералокерами­ческого инструмента и инструмента из сверхтвердых — синтетиче­ских материалов, опрессовка и чеканка —для инструмента из синтетических сверхтвердых материалов, механическое крепление.

Сварка обеспечивает достаточно надежное соединение, осуще­ствляется встык. Сварной шов располагается, как правило, на расстоянии, несколько превышающем длину стружечных канавок; прочность сварного соединения должна быть не меньше 0,9 от прочности материала хвостовика.

При пайке призматического инструмента соединение пластинки из инструментального материала с корпусом осуществляется либо непосредственно, либо через промежуточную прокладку. Соеди­няемая пара должна для предотвращения растрескивания пла^ стинки выполняться из материалов с наименьшей разницей в ко­эффициентах линейного расширения, а толщина корпуса в зоне гнезда под пластинку должна не менее чем в три-четыре раза превосходить толщину пластинки. У концевого инструмента могут напаиваться: пластинки (прямые или винтовые) или целиком рабочая часть. Формы стыков между рабочей и хвостовой частями инструмента приведены на рис. 1.10. Напайку производят при­поями, состав которых приводится в гл. 10.

Клеевые соединения находят все большее применение, но стан­дартами на инструмент допускается приклеивать только ограни­ченные виды инструмента. Применимость клееных соединений ограничивается нагрузками на инструмент и температурой в зоне стыка. Стык, по возможности, должен быть разгружен от сдвига­ющих и разрывающих нагрузок. Расчет стыка при наклейке произ­водят из условия, что [т] = xjk, где т„ — предел прочности клея на сдвигающие нагрузки при соответствующей температуре (для клея марки ТКС-75 при 20 °С т„ = 2600 МПа, а при 300 °С тв = = 350 МПа); k — коэффициент запаса прочности, равный k = = k0kHkHkm где k0—коэффициент, учитывающий способ отвер­дения клеевого соединения (при отвердении: в термостате k0 = = 1,1, на воздухе k0 — 1,2; при многократном kQ = 1,5); kH — конструктивный коэффициент (при открытом соединении kH — 1,

при полуоткрытом k„ = 1,2, при закрытом kK = 1,1); k„ —коэф­фициент, учитывающий характер нагрузки (при статической нагрузке k„ = 1,8; при динамической k„ = 3); k„ — коэффициент, учитывающий влияние склеиваемых материалов (для минерало — керамики kK = 1, для углеродистых сталей ku = 1,1, для быстро­режущих сталей k„ — 1,2, для твердых сплавов ku — 1,4) [51].

Кроме указанных способов для неразъемного соединения рабо­чей и хвостовой частей находят применение зачеканка, заваль — цовка и гидростатическая опрессовка, широко распространенные при соединении рабочей части из синтетических сверхтвердых материалов с корпусом державки.

Механическое крепление режущей части получает все большее распространение. Существует две разновидности механического крепления: без последующей заточки и с последующей заточкой режущих элементов. К первой группе относятся инструменты, у которых заданные из условий обработки параметры режущей части образуются за счет выбора соответствующей формы и раз­меров режущих вставок и гнезда. В эту группу инструментов, получившую в последние годы чрезвычайно широкое распростра­нение, входят инструменты, оснащаемые неперетачиваемыми мно­гогранными и круглыми пластинками из твердых сплавов, ми- нералокерамики и сверхтвердых материалов. Ко второй группе относятся инструменты, у которых геометрические параметры режущей части предварительно образуются за счет формы и раз­меров режущих элементов и корпуса, а окончательно — путем заточки инструмента в сборе. В соответствии с этими особенно­стями и требования к корпусам и механически закрепляемым ре­жущим элементам — различны.

В первом случае основными требованиями являются: надеж­ность, быстрота и точность крепления, повышенная точность исполнения как посадочных гнезд под режущие элементы, так и самих режущих элементов, взаимозаменяемость режущих эле­ментов. Во втором случае требования к точности исполнения кор­пусов, гнезд и самих режущих элементов ниже, а основными Фребованиями являются: обеспечение геометрии и точности путем заточек и переточек, возможность перестановки режущих эле­ментов относительно корпуса как в радиальном, так и в осевом направлениях для компенсации износа и создания припуска под переточку, обеспечение определенного числа переточек за счет выбора соответствующих размеров режущих элементов.

Первая разновидность — наиболее распространенная. Она отличается рациональным использованием инструментального ма­териала, быстротой смены затупившегося лезвия, как правило,

без съема инструмента со станка, повышенными режимами при эксплуатации, повышенной работоспособностью инструмента, со­кращением запасов инструмента на складах, ликвидацией опера­ций заточки и переточки инструмента, широкими технологиче­скими возможностями, ибо на один и тот же корпус можно за­креплять различные пластинки из неодинаковых инструменталь­ных материалов. Основные схемы закрепления режущих элемен­тов, (пластинок) при этой разновидности изображены на рис. 1.11. Крепления осуществляются: прижимом пластинки к опорной плоскости со стороны передней грани или со стороны опорной площадки —рис. 1.11, а (эта разновидность применяется для закрепления пластинок без отверстий, особенно из минералр — керамики и синтетических сверхтвердых материалов); поджи­мом пластинки через отверстие к упорной плоскости (рис. 1.11, б); поджимом пластинки через коническое отверстие или фаску к упор­ной поверхности (рис. 1.11, в); прижимом пластинки через отвер­стие к упорной и одновременным поджимом к опорной поверхт цостям (рис. 1.11, г). Конструктивных исполнений этих разно­видностей чрезвычайно много, подробнее о них можно узнать из последующих глав.

.Общей особенностью конструкции инструмента с неперетачи- ^аемыми пластинками является несоответствие, как правило, углов резания инструмента с углами пластинок. Действительно, для образования задних углов резца с режущей пластинкой 1. (рис. 1.12) без задних углов необходимо эту пластинку повернуть на некоторый угол 0. При этом угол при вершине пластинки в плане е1 изменится на величину, равную сумме углов Д<о и До^, т, е. угол е = єг + Д(о + ДИх, углы aN и a1N примут значения, отличные от угла поворота пластинки 0 (за исключением случая, когда угол в плане ф = 0°), а углы в плане фиф1 также изменят свое значение и будут равны <р = 90° — со + Лео; <рг = 90° — coj + + Acoj.

Значения углов Да» и Дюц aN и alN, а также угла Я, могут быть рассчитаны по формулам:

tg Дм = ,cos е>;

ё tg* g> + cos 0 ’

tg A(0 tgcotO-cosO),

tg2 0>л + COS 0 ‘

tg aN « tg 0 sin со; tg alN «tg 0 sin (Oj;

Sin К = Sin 0 COSO).

Из последних зависимостей видно, что разворот пластинок в корпусе инструмента (державке) целесообразно производить в направлении, перпендикулярном режущей кромке (со = 90°); при этом осдг =0, а X — 0.

Передние углы инструмента у при использовании пластинок со стружколомающими канавками определятся по формуле 7 = = 7о —а, где 7о —передний угол на пластинке (на рис. 1.12 Тб -= 0); а — задний угол инструмента.

При использовании пластинок с задними углами а0 без струж­коломающих канавок углы инструмента а будут равны а = = <х0 — 0; у = 0 (0 <0 при повороте пластинки против часовой стрелки, 0 > 0 — при повороте пластинки по часовой стрелке)..

При использовании пластинок с задними углами а0 и сГружко*- ломающими канавками с передним углом у<у углы инструмента будут равны а = а0 — 0; у = y0>4- 0.

Кроме режущих пластинок неперетачиваемый инструмент со­держит элементы крепления пластин: прижимы, винты, опорные пластины и стружколомы (у пластин, не имеющих стружколома­ющих канавок на передней грани). Назначение прижимов, винтов, стружколомов очевидно. Опорные пластины применяются в каче­стве подкладки под режущие пластинки для повышения срока службы корпуса инструмента, на котором закрепляется режущая пластинка. Опорные пластинки выполняются из твердых сплавов или закаленных сталей. Режущие пластинки, опорные пластины и стружколомы выпускаются централизованно. Основные формы пластин и стружколомов, а также схема построения их обозначе­ний приводятся на рис. 1.13—1.15 и не требуют дополнительных пояснений.

Режущие пластинки изготовляются централизованно из твер­дых сплавов и минералокерамики, причем пластинки из мине — ралокерамики выпускаются без отверстия, правильной трехгран­ной, квадратной, ромбической и круглой форм (табл. 1.3). Степень точности, предельные значения геометрических параметров этих пластинок приводятся на рис. 1.13, а предельные отклонения ре­жущих пластинок из твердых сплавов и минералокерамики, опорных пластин и стружколомов —в табл. 1.4.

Результаты испытаний инструмента, оснащенного пласти­нками из твердых сплавов и минералокерамики, показывают, что из-за меньшей прочности минералокерамики (аиз < 700 МПа) по сравнению с твердым сплавом (аиз = 1100—2100 МПа) целесо­образно использование минералокерамических пластин с большей (до двух раз по сравнению с твердосплавными) толщиной.

Механическое крепление неперетачиваемых режущих пласти­нок в инструменте позволяет получить значительный экономиче­ский эффект от повышения производительности труда за счет повышения скоростей резания, снижения потерь рабочего времени на замену затупившейся режущей кромки, затрат на заточку и переточку инструмента. Действительно, для замены затупив­шегося лезвия в этой разновидности инструмента достаточно заменить режущую пластинку или повернуть ее на некоторый угол, не снимая инструмента со станка, без каких-либо потерь на за­точку инструмента и переналадку станка. При изменении обра­батываемого материала, для которого целесообразно использовать свой инструментальный материал, достаточно установить на кор­пусе инструмента новую пластинку из соответствующего инстру­ментального материала, без перестановок, замен и переналадок инструмента.

К недостаткам инструментов с механическим креплением не­перетачиваемых пластинок относятся: некоторая ограниченность технологических возможностей (перетачиваемые инструменты

зэ

Рис. 1.13. Схема построения обозначений режущих неперетачиваемых

пластинок:

йвя — диаметр вписанной окружности, мм; s *— толщина пластинки, мм; / — длина режущей кромки, мм; г •-» радиус при вершине, мм

Рис. 1.14. Схема построения обозначений опорных пластинок: dRн — диаметр вписанной окружностл, мм; s — толщина пластинки, мм; г — радиус при вершине, мм

позволяют изменять свою геометрию в зависимости от условий обработки, неперетачиваемые —только в пределах имеющихся исполнений пластинок); затрудненный стружкоотвод при крепле­нии пластинок со стороны передней грани (особенно для пласти­нок без отверстия);.увеличенные габаритные размеры (за счет необ­ходимости размещения крепежных элементов вблизи зоны реза­ния); удорожание инструмента за счет необходимости применения

Рис. 1.15. Схема построения обозначений стружколомов

более точных пластинок, более точного изготовления деталей инструмента, влияющих на точность расположения режущих кромок, особенно в многолезвийном инструменте.

Некоторые из приведенных недостатков могут быть устранены доработкой выпускаемых централизованно пластин, например образованием требуемых задних и передних углов на пластинку, стружколомающих канавок требуемой формы и т. д,

Таблица 1.4

Предельные отклонения неперетачиваемых режущих пластииок, опорных пластинок и стружколомов, мм

Примечание.

В скобках указаны значения отклонений для пластинок из минералокерами — ки, если они отличаются от значений для твердосплавных пластинок.

При второй разновидности крепление режущих элементов к корпусу осуществляется при помощи различных замков, рифле­ний, клиновых соединений. Выбор того или иного вида соеди­нения зависит от инструмента и эксплуатационных требований к нему.

Корпус (державка). Закрепление инструмента при его изго­товлении и Эксплуатации осуществляется при помощи корпуса, к которому прикрепляется рабочая (режущая) часть инструмента. В некоторых инструментах корпус и рабочая часть инструмента выполняются заодно (например, в цельном концевом инструменте) и понятие корпус при этом может носить лишь условный харак­тер. В этом случае стандартами устанавливаются два элемента, из которых состоит инструмент: рабочая часть и хвостовик. За­крепление инструмента на станках осуществляется с помощью хвостовиков цилиндрической, конической или прямоугольной формы, цилиндрических или конических отверстий корпуса.

Цилиндрический хвостовик — один из наиболее распростра­ненных видов присоединительной части, обладает рядом положи­тельных свойств — технологичностью изготовления, простотой, возможностью точного исполнения, возможностью регулирования осевого положения инструмента при его закреплении (для умень­шения вылета инструмента там, где это необходимо). Диаметр цилиндрических хвостовиков может быть равен, больше или меньше диаметра рабочей части инструмента. Рекомендуемый ряд диаметров хвостовиков инструмента приведен в стандар­тах СЭВ 150 —75 и СЭВ 151—75 в диапазоне от 1,12 до 160 мм. Допуски на диаметр хвостовика в соответствии с этим стандартом h9 f8 или hll. Передача крутящего момента от шпинделя станка к инструменту осуществляется за счет сил трения между ци­линдрической поверхностью хвостовика и зажимными элементами станка.

Для увеличения крутящего момента, передаваемого хвосто­виком, на его конце выполняют квадрат или поводок. Размеры квадратов регламентированы стандартом СЭВ 150—75 и для приведенного диапазона диаметров хвостовиков имеют размеры: сторона квадрата 0,9—80,0 мм, длина квадрата 4—75 мм. Допуски на размер стороны квадрата: hll — на номинальный размер сто­роны, hl2 — включая погрешность формы.

Размеры поводков инструмента регламентированы стандартом СЭВ 198—75.

Конические хвостовики выполняются обычно в виде конусов Морзе. Размеры конусов (рис. 1.16) приведены в табл. 1.5, соста­вленной на основании стандарта СЭВ 147—75. Конусы инстру­мента изготовляются с допусками по АТ8 (ГОСТ 2848—75). Кони­ческий хвостовик выполняется с лапкой (рис. 1.16, б) или без лапки (рис. 1.16, г). В последнем случае он имеет резьбовое отверстие. Конус служит для закрепления и базирования инстру­мента, для передачи осевой силы и крутящего момента. Лапка слу­
жит для съема инструмента со станка и не должна нагружаться во время работы. Момент, передаваемый конусом, определяется по формуле

где (г — коэффициент трения (|л ж 0,1); Д<* — погрешность изго­товления конуса (Да’ « 10′)*

Таблица 1,5

чШШтт?.

Рис. 1.16. Конуса Морзе: а, в — конические отверстия; б, г — хвостовики

При сверлении можно принимать Мкр/Рос = 0,12 dCB.

Большинство концевых инструментов на обоих торцах имеют центровые отверстия, выполняемые в соответствии с требова­ниями ГОСТ 14034—74; мелкоразмерный инструмент имеет на­ружные центры. Основные формы центровых отверстий, исполь­зуемых в инструменте, приведены на рис, 1.17» Размеры отверстий

формы A: D =2-f-360 мм; d =0,5-7-25 мм, *=0,8-г32 мм; отверстий формы В: D и d — те же, что и для формы А, /а = 1,07-г — ч-27 мм; отверстий формы R: D =2-f-100 мм; d =0,5-г 10 мм; Іцяп = 1,3-22,5 мм. Форма А применяется в тех случаях, когда необходимость в центровом отверстии после обработки отпадает, форма В — когда центровые отверстия используются не только при изготовлении инструмента, но и при его переточках и экс­плуатации. Фаска с углом 120° при этой форме предохраняет коническое отверстие (60°) от забоин и повреждений. Форма R применяется для инструмента повышенной точности, обеспечивает наиболее точное его базирование при обработке и переточках.

Размеры сечений хвостовой части резцов должны соответство­вать размерному ряду, предусмотренному стандартом СЭВ 153—75. Круглые хвостовики резцов должны находиться в диапазоне диа­метров 4—80 мм, квадратные — в диапазоне сечений 4X4—80X Х80 мм, прямоугольные при соотношении сторон 1,25—от 6×5 —до 80×63 мм, при соотношении сторон — 1,6 —от 6X4 до 80×50 мм, при соотношении сторон 2,0 —от 6×3 до 80X Х40 мм.

Насадной инструмент закрепляется на станке с помощью опра­вок, или непосредственно на шпинделе станка. Передача крутя­щего момента осуществляется с помощью шпонки на оправке и шпоночного паза в отверстии инструмента, в который входит оправка, или торцовой шпонки на оправке и торцового шпоночного паза на инструменте.

Конструкции инструмента со шпоночным пазом в огверстии достаточно просты, технологичны, надежны. Недостатком такого крепления является ослабление корпуса инструмента продоль­ным шпоночным пазом, создание концентраторов напряжения, что для упрочнения корпуса требует увеличения габаритов (диа­метра) инструмента.

Торцовый шпоночный паз лишен этого недостатка, но он менее технологичен из-за наличия зазоров между торцовой шпонкой и пазом менее виброустойчив. Размеры шпоночных пазов регламен­тируются требованиями стандарта СЭВ 152—75 (для отверстий диаметром 8—100 мм ширина шпонки равна 2—25 мм); допуски на шпоночные пазы в соответствии с этим же стандартом по С//, шпонки — по h9. Размеры торцовых пазов регламентируются также требованиями стандарта СЭВ 152—75, ширина паза на торце инструмента равна 3—20 мм, размер выступа на оправке равен 3,3—20,5 мм, т. е. выступ оправки входит в паз инструмента с за­зором.

Кроме шпоночных соединений достаточное распространение, особенно при фрезеровании, получили бесшпоночные соединения. Корпус инструмента в этом случае имеет посадочное отверстие цилиндрической или конической формы (конусность 7 : 24), а также отверстия под крепежные болты или выточки с рабочей стороны корпуса для крепежных элементов. Бесшпоночные соеди­нения в настоящее время применяются только на некоторых видах инструмента; Для большинства же инструментов применяются соединения со шпонкой. В частности, для фаз торцовых, насадных диаметром 40—630 мм стандартом СЭВ 200—75 предусмотрено вы­полнение торцовых шпоночных пазов в соответствии со стандар­том СЭВ 152—75.