Расчет и проектирование токарного проходного упорного резца

 

Токарные резцы предназначены для выполнения всего многообразия различных операций на станках с ЧПУ, на ГПМ и ГПС, а также на станках токарной группы с ручным управлением.

По назначению система токарных резцов подразделяется на следующие подсистемы:

– для наружного точения, растачивания, нарезания резьб, прорезания канавок, отрезания на станках легких и средних серий;

– для работ на тяжелых, крупных токарных и карусельных станках;

– для работ на ГПМ, многоцелевых станках со встроенными роботизированными комплексами автоматической смены инструмента;

– для специальных работ (резцы для плазменно-механической обработки).

Каждая из подсистем имеет свои специфические особенности, обусловленные многими факторами и в первую очередь конструкцией оборудования, его технологическим назначением и т.д.

Система резцов базируется на общих методологических принципах и предусматривает:

– разработку (выбор) и унификацию надежных методов закрепления сменных пластин в державке (в том числе цельные и составные резцы, с напаянными пластинами, сборные);

– обеспечение удовлетворительного дробления и отвода стружки из зоны резания;

– достаточно высокую точность позиционирования вершин сменных пластин (за счет создания точных баз гнезда);

– быстросменность и удобство съема и замены сменных пластин, режущего инструмента или кассеты (блока);

– унификацию и максимально допустимое сокращение (сведение к оптимальному значению технико-экономических показателей промышленного производства и применения) числа методов закрепления пластин в державке;

– возможность использования всей гаммы размеров сменных пластин отечественного и зарубежного производства;

– соответствие точностных параметров резцов международным стандартам;

– обязательность применения специальных деталей крепежа (винтов, штифтов и т.п.) повышенной точности и надежности, разработка новых форм и размеров режущих пластин, форм их передних поверхностей, обеспечивающих удовлетворительное дробление и отвод стружки;

– использование опыта новаторов и изобретателей;

– применение прогрессивных ресурсосберегающих технологий изготовления деталей крепежа, ключей; технологичность и экономичность изготовления (сбережение материалов и трудовых ресурсов);

– возможность применения составных твердосплавных пластин с блоками (державками) инструмента в случаях несомненной их технико-экономической эффективности или невозможности конструкторского решения резца в сборном варианте (в первую очередь для малых сечений державок, некоторых расточных и отрезных операций и т.п.).

Подсистемы конструкций резцов созданы на основе общепринятой мировой практикой системы форм державок и углов в плане для обеспечения всех операций точения.

В дипломном проекте разрабатывается конструкция токарного проходного упорного резца, который применяется на токарно-винторезном станке с ЧПУ модели 16К20ФЗС5, для чернового и чистового точения пильного вала торцовочного станка модели Т1.

Исходные данные:

станок токарно-винторезный с ЧПУ модели 16К20ФЗС5, сталь 40Х ГОСТ 4543–71, подача S=0,3 мм/об, глубина резания t=2,5 мм.

Схема обработки вала представлена на рис. 3.2.

 

Рис. 3.2 – Схема обработки вала

Порядок расчета:

1. В зависимости от расстояния между опорной плоскостью резцедержателя и линией центров станка определяем сечение державки резца по справочнику [12]. Выбираем Н=25 мм, В=20 мм.

2. В зависимости от условий работы выбираем значения геометрических параметров резца [12]:

а) главный угол в плане φ=90°;

б) вспомогательный угол в плане φ ₁=10°;

в) радиус закругления вершины г=0,8 мм;

г) передний угол в нормальном сечении γ=10;

д) угол наклона режущей кромки λ,=12°;

е) задние углы α=8°, α₁=8°.

3. В зависимости от обрабатываемого металла и условий работы выбираем марку твердого сплава [13]. Так как обрабатываем легированную сталь 40Х с данными режимами резания, то выбираем пластинку из твердого сплава марки Т15К6.

4. Выбираем конструкцию резца с припаянной пластиной.

5. Определяем углы продольного γ_у и поперечного γ_х наклона передней грани по формулам [12]:

 

 

Конструкция резца представлена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Резец проходной упорный с пластиной из твердого сплава ТК15К6

 

6. В зависимости от характера обработки выбираем подачу S по справочнику [9]: S=0,4 мм/об.

7. Для данного сечения среза и обрабатываемого металла по таблицам справочника [9] выбираем скорость резания ν=l 10 м/мин.

8. Определяем тангенциальную силу резания по формуле:

 

, Н,                       (3.10)

 

где С_р – постоянная;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

ν – скорость резания, м/мин;

х, у, п – показатели степени для расчетных условий обработки;

К_р – поправочный коэффициент.

Поправочный коэффициент равен:

 

, (3.11)

где  – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров и материала режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработке.

Значения постоянной, показателей степени, поправочных коэффициентов выбираем по справочнику [9].

Поправочный коэффициент по формуле (3.11) определим как:

Сила резания по формуле (3.10) равна:

Н

9. Определим силу резания, допускаемую сечением державки по прочности, по формуле:

 

, Н,

 

где В-ширина стержня державки, мм;

Н – высота стержня державки, мм;

R_e – допускаемое напряжение изгиба материала стержня, принимаем R_e=200…250 Н/мм²;

l – вылет резца, мм.

Вылет резца должен равняться:

l = 1,5В, мм

l = 1,5·20 = 30 мм

Допустимое значение силы резания по формуле (3.12) составит:

Н

Необходимо, чтобы выполнялось условие:

Р_z ≤ Р_zд

944,91 ≤ 13888

Условие выполняется.

10. Определяем эффективную мощность, потребляемую на резание, по формуле [9]:

 

, кВт

 

кВт

11. Определяем эффективную мощность станка по формуле:

 

, кВт,

 

где N_cm – мощность электродвигателя станка, кВт;

η_ст – К.П.Д. станка.

кВт

Необходимо, чтобы выполнялось условие:

N_эф ≤ N_эф.ст

1,7 ≤ 7,5

Условие выполняется, значит, обработка вала данным резцом возможна.