План

Резцы для токарных работ на станках с ЧПУ. 1


Отличия токарных резцов по назначению. 1


Базовые схемы резцов. 4


Подсистема резцов для станков с ЧПУ. 7


Инструментальные материалы. 15


Заточка резцов. 23


Список литературы. 28

Резцы для токарных работ на станках с ЧПУ.

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.

Отличия токарных резцов по назначению.

 По назначению система токарных резцов подразделяется на следующие подсистемы:

·        для наружного точения, растачивания, нарезания резьб, прорезания канавки 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, фасонные).
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 элемента 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 и 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 (найденных, цельных, клееных и других подобных соединений) 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. Например, для подсистемы наружного точения и растачивания формы державок, обеспечивающих выполнение всего многообразия переходов токарной обработки, предусмотрены международные (ИСО 5910, 5909 и др.) и отечественные стандарты.

Базовые схемы резцов.

В настоящее время, несмотря на огромное многообразие конструкции и схем узлов крепления сменных многогранных пластин в державках, ведущие зарубежные изготовители резцов используют в серийном производстве весьма ограниченное число методов закрепления. Ограничено их число и в отечественных подсистемах резцов. Например, в подсистемах для  наружного точения и растачивания на станках легких и средних серий приняты четыре базовые схемы конструкции узлов крепления СМП (обозначение креплений по ГОСТ 26476-85):

·        без отверстия – прихватом (тип С);

·        с цилиндрическим отверстием – рычажным механизмом (тип Р);

·        штифтом и прихватом (тип М);

·        с тороидальным отверстием – винтовым механизмом (тип S).
Пластины без отверстия закрепляют по методу С. За основу принята конструкция, широко применяемая на автомобильных заводах. При таком методе закрепления режущие пластины базируют в закрытом гнезде державки по двум базовым поверхностям и сверху прижимают к опорной поверхности прихватом. Быстрый съем пластин обеспечивается дифференциальным винтом. Опорную твердосплавную пластину закрепляют винтом на державке резца или разрезной пружинящей втулкой.

Резцы с креплением СМП по методу С имеют различные исполнения: для режущих пластин с задним углом и без заднего угла; с опорными пластинами; без опорных пластин.

Следует отметить, что СМП заднего угла имеют в 2 раза больше режущих  кромок, чем СМП с задним углом. На передней поверхности СМП с задним углом выполнены стружколомающие  канавки для дробления и отвода сливной стружки. При  использовании СМП без заднего угла применяют накладные  стружколомы.

Резцы с опорной пластиной широко применяют при точении и растачивании; резцы без опорной пластины – при растачивании малых отверстий и точении на станках легких серий (сечение h [ b державки резца 12 х 12…16 х 16 мм). Эксплуатация резцов показала, что при работе на универсальных и специальных станках в крупносерийном и массовом производстве хорошо зарекомендовали себя резцы с твердосплавными стружколомами.

В таких резцах можно использовать СМП из твердого сплава, керамики и т.п.

Резцы с СМП с положительными углами обеспечивают уменьшение сил резания, поэтому их рекомендуется применять при  обработке нежестких деталей. Эти резцы можно также применять с накладными стружколомами.

Для наружного точения и растачивания в резцах с закреплением по методу С используют квадратные, трехгранные, ромбические СМП, а также параллелограмные пластины типа KNUX с креплением специальным фигурным прихватом. СМП с центральным цилиндрическим отверстием закрепляют рычажным механизмом по методу Р и модернизированным клиновым креплением (клин-перехватом) по методу М. Закрепление рычажным механизмом является наиболее рациональным для резцов сечением державок от 20 х 20 до 40 х 40 мм. Эту конструкцию эффективно, применяют на станках с ЧПУ. Разработана отечественная оригинальная конструкция рычажного механизма, которая соответствует лучшим мировым образцам, а по назначению полностью унифицирована с конструкциями резцов, выпускаемых на некоторых крупных машиностроительных заводах отечественной промышленности, и с инструментом, выпускаемым за рубежом.

СМП базируется в закрытом гнезде державки, а рычаг, приводимый в действие винтом, подтягивает ее к двум боковым стенкам гнезда и надежно  прижимает к опоре. Опорную пластину закрепляют разрезной втулкой. Конструкция узла крепления обеспечивает возможность быстрого и точного поворота или смены СМП и надежного ее закрепления. Она позволяет всю гамму новых прогрессивных отечественных и зарубежных пластин, а также СМП со сложной формой передней поверхности, обеспечивающей хорошее дробление стружки в широком диапазоне подач и глубин резания.

Для контурной обработки на станках с ЧПУ, ГПМ и ГПС, позволяющей за один рабочий ход обточить несколько поверхностей детали, применяют резцы с ромбическими СМП (e=80° и 55°). Промышленные партии резцов с L-образным рычагом для наружного точения и растачивания широко освоены в серийном производстве инструментальными заводами Минстанкпрома, их выпускают по ТУ2-035-892 и ГОСТ 26613-85.

Инструментальные материалы.

Режущие инструменты изготовляют целиком или частично из инструментальных сталей и твердых сплавов.

Инструментальные стали разделяют на углеродистые, легированные и быстрорежущие. Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления инструмента, работающего при малых скоростях резания. Из углеродистой стали марок У9 и У10А изготовляют ножи, ножницы, пилы, из У11, У11Ф, У12 – слесарные метчики, напильники и др. Буква У в марке стали обозначает, что сталь углеродистая, цифра после буквы указывает на содержание в стали углерода в десятых долях процента, а буква А – на то, что сталь углеродистая высококачественная, так как содержит серы и фосфора не более 0,03% каждого.

Основными свойствами этих сталей является высокая твердость (HRC 62-65) и низкая теплостойкость. Под теплостойкостью понимается температура, при которой инструментальный материал сохраняет высокую твердость (HRC 60) при многократном нагреве. Для сталей У10А – У13А теплостойкость равна 220°С, поэтому рекомендуемая скорость резания инструментом из этих сталей должна быть не более 8-10 м/мин.

Легированные инструментальные стали бывают хромистыми (Х),  хромистокремнистыми (ХС) и хромовольфрамомарганцовистыми (ХВГ) и др.

Цифры в марке стали обозначают состав (в процентах) входящих компонентов. Первая цифра слева от буквы определяет содержание углерода в десятых долях процента. Цифры справа от буквы указывают среднее содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента или  углерода близко к 1%, цифра не ставится.

Из стали марки Х изготовляют метчики, плашки, резцы; из стали 9ХС, ХГС – сверла, развертки, метчики и плашки; из стали ХВ4, ХВ5 – сверла, метчики, развертки; из стали ХВГ – длинные метчики и развертки, плашки, фасонные резцы.

Теплостойкость легированных инструментальных сталей достигает 250-260°С и поэтому допустимые скорости резания для них в 1,2-1,5 раза выше, чем для углеродистых сталей.


Быстрорежущие (высоколегированные) стали применяют для изготовления различных инструментов, но чаще сверл, зенкеров, метчиков.

Быстрорежущие стали обозначают буквами и цифрами, например Р9, Р6М3 и др. Первая Р (рапид) означает,  что сталь быстрорежущая. Цифры после нее указывают среднее содержание вольфрама в процентах. Остальные буквы и цифры обозначают то же, что и в марках легированных сталей.

Эти группы быстрорежущих сталей отличаются по свойствам и областям применения. Стали нормальной производительности, имеющие твердость до HRC65, теплостойкость до 620°С и прочность на изгиб 3000-4000 Мпа, предназначены для обработки углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности до 1000 Мпа, серого чугуна и цветных металлов. К сталям нормальной производительности относят вольфрамовые марок Р18, Р12, Р9, Р9Ф5 и вольфрамо-молибденовые марок Р6М3, Р6М5, сохраняющие твердость не ниже HRC 62 до температуры 620°С.

Быстрорежущие стали повышенной производительности, легированные кобальтом или ванадием, с твердостью до YRC 73-70 при теплостойкости 730-650°С и с прочностью на изгиб 250-280 Мпа предназначены для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов с пределом прочности свыше 1000 Мпа, титановых сплавов и др. Улучшение режущих свойств стали достигается повышением содержания в ней углерода с 0,8 до 1%, а также дополнительным легированием  цирконием, азотом, ванадием, кремнием и другими элементами. К быстрорежущим сталям повышенной производительности относят 10Р6М5К5, Р2М6Ф2К8АЕ, Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, Р9М4ЕВ, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, сохраняющие твердость HRC 64 до температуры 630-640°С.


Твердые сплавы делят на металлокерамические и минералокерамические, их выпускаю в виде пластинок разной формы. Инструменты, оснащенные пластинками из твердых сплавов, позволяют применять более высокие скорости резания, чем инструменты из быстрорежущей стали.


Металлокерамические твердые сплавы разделяют на вольфрамовые, титановольфрамовые, титанотантало-вольфрамовые.

Вольфрамовые сплавы группы ВК состоят из карбидов вольфрама и кобальта. Применяют сплавы марок ВК3, ВК3М, ВК4, ВК6, ВК60М, ВК8, ВК10М. Буква В означает карбид вольфрама, К – кобальт, цифра – процентное содержание кобальта (остальное – карбид вольфрама). Буква М, приведенная в конце некоторых марок, означает, что сплав мелкозернистый. Такая структура сплава повышает износостойкость инструмента, но снижает сопротивляемость ударам. Применяются вольфрамовые сплавы для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов (резины, пластмассы, фибры, стекла и др.).

Титановольфрамовые сплавы группы ТК состоят из карбидов вольфрама, титана и кобальта. К этой группе относят сплавы марок Т5К10, Т5К12, Т14К8, Т15К6, Т30К4. Буква Т и цифра ней указывают на процентное содержание карбида титана, буква К и цифра за ней – процентное содержание карбида кобальта, остальное в данном сплаве – карбид вольфрама. Применяются эти сплавы для обработки всех видов сталей.

Титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. К этой группе относят сплавы марок ТТ7К12 и ТТ10КВ-Б, содержащие соответственно 7 и 10% карбидов титана и тантала, 12 и 8% кобальта, остальное – карбид вольфрама. Эти сплавы работают в особо тяжелых условиях обработки, когда применение других инструментальных материалов не эффективно.

Сплавы, имеющие меньшее процентное содержание кобальта, марок ВК3, ВК4 обладают меньшей вязкостью;  применяют для обработки со снятием тонкой стружки на чистовых операциях. Сплавы, имеющее большее содержание кобальта марокВК8, Т14К8, Т5К10 обладают большей вязкостью, их применяют для обработки со снятием толстой стружки на черновых операциях.

Мелкозернистые твердые сплавы марок ВК3М, ВК6М, ВК10М и крупнозернистые сплавы марок ВК4 и Т5К12 применяют в условиях пульсирующих нагрузок и при обработке труднообрабатываемых нержавеющих, жаропрочных и титановых сплавов.

Твердые сплавы обладают высокой теплостойкостью. Вольфрамовые и титановольфрамовые твердые сплавы сохраняют твердость при температуре в зоне обработки 800-950°С, что позволяет работать при высоких скоростях резания (до 500м/мин при обработке сталей и 2700м/мин при обработке алюминия).

Для обработки деталей из нержавеющих, жаропрочных и других труднообрабатываемых сталей и сплавов предназначены особо мелкозернистые вольфрамокобальтовые сплавы группы ОМ: ВК60ОМ – для чистовой обработки, а сплавы ВК10-ОМ и ВК15-ОМ – для получистовой и черновой обработки. Дальнейшее развитие и совершенствование сплавов для обработки труднообрабатываемых материалов вызвало появление сплавов марок ВК10-ХОМ и ВК15-ХОМ, в которых карбид тантала заменен карбидом хрома. Легирование сплавов карбидом хрома увеличивает  их твердость  и прочность при повышенных температурах.

Для повышения прочности пластинок из твердого сплава применяют плакирование их защитными пленками. Широко применяют износостойкие покрытия из карбидов титана нанесенные на поверхность твердосплавных в виде тонкого слоя толщиной 5-10 мм. При этом на поверхности твердосплавных пластин образуется мелкозернистый слой  карбида титана, обладающий высокой твердостью, изностостойкостью и химической устойчивостью при высоких температурах. Стойкость твердосплавных пластин с покрытием в среднем в 1,5-3 раза выше стойкости обычных пластин, скорость резания ими может быть увеличена на 25-80%. В тяжелых условиях резания, когда наблюдаются выкрашивание и сколы у  обычных пластин, эффективность пластин с покрытием снижается.

Промышленностью освоены экономичные безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбида титана и ниобия, карбонитридов титана на никелемолибденовой связке. Применяют безвольфрамовые твердые  сплавы марок ТМ1, ТМ3, ТН-20, ТН-30, КНТ-16. Они обладают высокой окалиностойкостью, превышающей стойкость сплавов на основе карбида титана (Т15К6, Т15К10) более чем в 5-10 раз. При обработке на высоких скоростях резания на поверхности сплава образуется тонкая оксидная пленка, выполняющая роль твердой смазки, что обеспечивает повышение износостойкости и снижение шероховатости обработанной поверхности. Вместе с тем безвольфрамовые твердые сплавы имеют более низкие ударную вязкость и теплопроводимость, а также стойкость к ударным нагрузкам, чем сплавы группы ТК. Это позволяет применять их при чистовой и получистовой обработке конструкционных и низколегированных  сталей и цветных металлов.

Из минералокерамических материалов, основной частью которых является  оксид алюминия с добавкой относительно редких элементов: вольфрама, титана, тантала и кобальта распространена оксидная (белая) керамика марок ЦМ-332, ВО13 и ВШ-75. Она отличается высокой теплостойкостью (до 1200°С) и износостойкостью, что позволяет обрабатывать металл на высоких скоростях резания (при чистовом обтачивании чугуна – до 3700 м/мин), которые в 2 раза выше, чем для твердых сплавов. В настоящее время для изготовления режущих инструментов применяют режущую (черную) керамику марок В3, ВОК-60, ВОК-63, ВОК-71.

Режущая керамика (кермет) представляет собой оксидно-карбидное соединение из оксидов алюминия и 30-40% карбидов вольфрама и молибдена или молибдена и хрома и тугоплавких  связок. Введение в состав минералокерамики металлов или карбидов металлов улучшает ее физико-механические свойства, а также снижает хрупкость. Это позволяет увеличить производительность обработки за счет повышения скорости резания. Получистовая и чистовая обработка деталей из серых, ковких чугунов, труднообрабатываемых сталей, некоторых цветных металлов сплавов производится со скоростью резания 435-1000 м/мин без смазочно-охлаждающей жидкости. Режущая керамика отличается высоко теплостойкостью.

Оксидно-нитридная керамика состоит из нитридов кремния и тугоплавких материалов с включением оксида алюминия и других компонентов (силинит-Р и кортинит ОНТ-20).

Силинит-Р по прочности не уступает оксидно-карбидной минералокерамике, но обладает большей твердостью (HRA 94-96) и стабильностью свойств при высокой температуре.

Закаленные и цементированные стали (HRC 40-67), высокопрочные чугуны, твердые сплавы типа ВК25 и ВК15, стеклопластики и другие материалы обрабатывают инструментом, режущая часть которого изготовлена из крупных поликристаллов диаметром 3-6 мм и длиной 4-5 мм на основе кубического нитрида бора (эльбор-Р, кубонит-Р, гексанит-Р). По твердости эльбор-Р приближается к алмазу (86000 Мпа), а его теплостойкость в 2 раза выше теплостойкости алмаза. Эльбор-Р химически инертен к материалам на основе железа. Прочность поликристаллов на сжатие достигает  4000-5000 Мпа, на изгиб 700 Мпа, теплостойкость – 1350-1450°С.

К абразивным материалам относят электрокорунд нормальный марок 14А, 15А и 16А, электрокорунд белый марок 23А, 24А и 25А, монокорунд марок 43А, 44А и 45А. Карбид кремния зеленый марок 63С и 64С и черный марок 53С и 54С, карбид бора, эльбор, синтетический алмаз и др.

Из абразивных материалов изготовляют порошки, которые предназначены для обработки резанием в свободном и в связанном состоянии в виде абразивного инструмента (Шлифовальных кругов, брусков, шкурок, лент и др.) и паст.

Заточка резцов.

На машиностроительных предприятиях инструмент, как правило, затачивают централизованно. Вместе с тем иногда необходимо затачивать инструмент вручную.

Для ручной заточки инструмента применяют точильно-шлифовальные станки, например станок модели 3Б633, состоящий из шлифовальной головки и  станины. В шлифовальную головку встроен двухскоростной электродвигатель. На выходящих концах вала ротора крепятся шлифовальные круги, которые закрываются кожухами с защитными экранами. Станок оснащается поворотным столиком или подручником для установки резца. В станине размещаются электрошкаф и панель управления.

Точильно-шлифовальные станки в зависимости от назначения и размеров шлифовальных кругов можно подразделить на три группы: малые станки с кругом диаметром 100-175 мм для заточки мелкого инструмента, средние станки с кругом диаметром 200-350 мм для заточки основных типов резца и другого инструмента, крупные станки с кругом диаметром 400 мм и более для шлифования деталей и обдирочно-зачистных работ.

Резцы в зависимости от их конструкции и характера изнашивания затачивают по передней, задней или по обеим поверхностям. Стандартные резцы с пластинками из твердого сплава или быстрорежущей стали наиболее часто затачивают по всем режущим поверхностям. В ряде случаев при незначительном износе резцов по передней поверхности их затачивают только по задней поверхности.

При заточке на точильно-шлифовальных станках резец устанавливают на поворотный столик или подручник и вручную прижимают обрабатываемой поверхностью к шлифовальному кругу. Для равномерного изнашивания круга резец  необходимо перемещать по столику или подручнику относительно рабочей поверхности круга.

При заточке резца по задним поверхностям столик или подручник поворачивают на заданный задний угол и закрепляют в непосредственной близости к кругу. Резец устанавливают на столике или подручнике так, чтобы режущая кромка располагалась параллельно рабочей поверхности круга. Переднюю поверхность резца чаще всего затачивают боковой  поверхностью круга, при этом резец устанавливают на подручнике боковой поверхности. Переднюю поверхность можно затачивать и периферией круга, однако  этот способ менее удобен. Резцы из быстрорежущей стали затачивают сначала по передней, затем по главной и вспомогательной задней поверхностям. При заточке твердосплавных резцов применяют такой же порядок операций, но предварительно обрабатывают задние поверхности стержня под углом, на 2-3° большим, чем угол заточки на пластинке твердого сплава.

Качество заточки зависит от квалификации рабочего, производящего заточку, и характеристик шлифовальных кругов. С увеличением усилия прижима инструмента к шлифовальному кругу возрастает производительность труда, но одновременно могут возникнуть прижоги и трещины. Обычно усилие прижима не превышает 20-30 Н. При  увеличении продольной подачи вероятность образования трещин уменьшается.

Обычно на точильно-шлифовальном станке устанавливают шлифовальные круги разных характеристик, что позволяет производить предварительную и окончательную заточку инструмента. При предварительной заточке твердосплавного инструмента используют круги из карбида, кремния (24А) зернистостью 40, 25, 16 и твердостью СМ2 и С1 на керамической связке (К5); окончательную заточку (при припуске 0,1-0,3 мм) выполняют на алмазных, эльборовых и мелкозернистых абразивных кругах с бакелитовой связкой.

При предварительной заточке быстрорежущих инструментов применяют шлифовальные круги из электрокорунда (23А, 24А) зернистостью 40, 25, 16 и твердостью СМ1, СМ2 на керамической связке (К5). Окончательную заточку (при припуске 0,1-0,3 мм) выполняют кругами из электрокорунда (23А, 24А) или монокорунда (43А, 45А) зернистостью 25, 16 и 12 и твердостью М3, СМ1, СМ2 некерамической связке (К5). Шероховатость поверхности инструмента после предварительной заточки равна 2,5-0,63 мкм, после окончательной – 0,63- 0,1 мм по Ra.

При заточке резца на мелкозернистом круге на режущей кромке его остаются неровности, которые непосредственно влияют на интенсивность изнашивания резца. Поэтому после заточки резец доводят на алмазном круге или на вращающихся чугунных дисках с применением абразивных паст. Скорость вращения алмазного круга – до 25 м/с, скорость вращения диска – 1-1,5 м/с. Резец доводят по главной задней и передней поверхностям на фаске 1,5-4 мм. Вспомогательную заднюю поверхность резца не обрабатывают.

Для получения поверхностей высокого качества (Ra=0,32¸0,08 мкм) необходимо, чтобы биение доводочного диска или круга не превышало 0,05 мм, при этом вращение их должно быть  направлено под режущую кромку. Перед нанесением пасты на диск его следует слегка протереть войлочной щеткой, смоченной в керосине. Слой пасты, нанесенный на диск, должен быть тонким, так как толстый слой не ускоряет процесс доводки. Доводку следует производить с легким нажимом, касаясь резцом доводочного диска без ударов. Сильный нажим не ускоряет доводку, а только увеличивает расход пасты и ускоряет изнашивание диска.

Проверку углов заточки резца можно производить шаблонами и приборами.

Сверла затачивают по задней поверхности, придавая ей криволинейную форму для обеспечения равных задних углов в любом сечении режущих зубьев. Для этого сверло прижимают к шлифовальному кругу и одновременно поворачивают. Сначала затачивают поверхность около режущей кромки, а затем поверхность расположенную под большим задним углом. У твердосплавных сверл сначала затачивают пластину, а затем корпус сверла.

Список литературы.

1. В.Н.Фещенко, Махмутов Р.Х. Токарная обработка. Изд-во «Высшая школа». Москва. 1990.

2. Л.Фадюшин, Я.А.Музыкант, А.И.Мещеряков ии др. Инструмент  для станков с ЧПУ, многоцелевых станков. М.:Машиностроение, 1990.

3. П.И.Ящерицын и др. Основы резания материалов и режущий инструмент. Мн.: Выш.школа, 1981.