Расточные инструменты.

Расточные инструменты применяются для увеличения диаметров отверстий и являются широко универсальными инструментами, так как, в отличие от зенкеров, разверток и других инструментов, допускают регулировку (настройку) режущих кромок в радиальном направлении.

Расточными инструментами обрабатывают отверстия диаметром 1…1000 мм и более с точностью JT5…JT6 и шероховатостью Ra 0,8…1,6 мкм.

В механообработке нашли применение следующие типы расточных инструментов: 1) стержневые резцы; 2) двухсторонние пластинчатые резцы-блоки; 3) расточные головки для обработки неглубоких отвер­стий; 4) расточные головки для обработки глубоких отверстий.

Стержневые резцы имеют одну режущую кромку из быстрорежу­щей стали или в виде СМП из твердого сплава или СТМ.

Державки стержневых резцов в поперечном сечении имеют круг­лую, квадратную или прямоугольную формы. Наиболее простой и рас­пространенный способ закрепления резца с державкой квадратной или круглой форм показан на рис. 1, а. Здесь резец 2 закреплен винтом 3 в оправке 1. Вылет резца регулируется винтом 4.

Для растачивания точных отверстий диаметром более 20 мм широ­кое распространение получили вставки типа «Microbohr» (рис. 1, б). На цилиндрической поверхности резца 5 имеется точная резьба с шагом Р = 0,5 мм. Регулировочная гайка 4 с внутренней резьбой и градуиро­ванной шкалой базируется своей конусной поверхностью в оправке 1. В нужном положении резец закрепляется винтом 3 с шайбой 2. Поворот гайки на одно деление перемещает вершину резца в радиальном на­правлении (с учетом угла наклона продольной оси резца) на 0,01 мм. Резец оснащен напайной твердосплавной пластиной или СМП из твер­дого сплава.

Двухсторонние пластинчатые резцы-блоки применяют для предварительного и окончательного растачивания отверстий диаметром бо­лее 25 мм. По сравнению с однолезвийными инструментами они обла­дают большей производительностью, обеспечивают большую точность и низкую шероховатость поверхности отверстий.

Резцы-блоки изготавливают или целиком из быстрорежущей стали, или оснащают пластинами из твердого сплава, а для увеличения стойко­сти изготавливают сборными и регулируемыми по диаметру.

Крепление пластинчатых расточных резцов в оправках либо осуще­ствляется неподвижно d = 50…150 мм (рис. 2, а), либо допускают «плавание» по одной оси (двухлезвийные блоки (рис. 2, б, в)). Выпа­дению резца-блока 1 из борштанги 2 препятствует винт 3, входящий с зазором в отверстие, выполненное в корпусе резца-блока (рис. 2, б). Известны конструкции четырех и более лезвийных блоков, «плаваю­щих» с помощью крестовины по двум взаимно перпендикулярным осям.

«Плавающее» крепление резцов-блоков d = 25…600 мм применяет­ся для компенсации углового и линейного несовпадения осей обрабаты­ваемых отверстий и инструмента. Указанное несовпадение осей проис­ходит из-за погрешностей установки заготовки (инструмента) и зажим­ных патронов, деформаций элементов технологической системы и других факторов и приводит к снижению точности обработки и стойкости инстру­мента.

Расточные головки для обработки неглубоких отвер­стий имеют несколько режу­щих кромок (рис. 3). Они же­стко крепятся в оправке и при­меняются для предварительной обработки отверстий.

При конструировании многокромочных расточных головок нашли применение две схемы резания: 1) деления глубины резания; 2) деления подачи.

При схеме деления глубины резания заданная глубина t последо­вательно срезается каждым резцом головки (рис. 4, а):

t = t₁ +t₂ +…+t_n       (z=1, 2…., n),

где n — номер резца.

При этом подача s_zn, приходящаяся на каждое лезвие инструмента, равна подаче s на оборот инструмента или заготовки:

s = s_z1 = s_z2 = … = s_zn

Расточные головки, работающие по схеме деления глубины резания, применяются для удаления больших припусков и имеют относительно низкую производительность.

При работе по схеме деления подачи каждая режущая кромка го­ловки снимает полную глубину резания t, а подача s на один оборот ин­струмента или заготовки равна сумме подач, приходящихся на каждый зуб (рис. 4, б):

s = s_z1 + s_z2 +…+ s_zn .

Таким образом, расточные головки, работающие по схеме деления подачи, развивают значительно большую производительность, чем го­ловки, работающие по схеме деления глубины резания.

Возможны два способа деления подачи между зубьями таких инст­рументов. При первом способе зубья располагаются равномерно по ок­ружности, т.е. угловые шаги зубьев равны между собой:

ω₁ = ω₂ = … = ω_n ,

тогда подача, приходящаяся на каждый зуб, равна

s_zn = s / z (мм/зуб). 

При втором способе деления подачи зубья расположены неравно­мерно по окружности, т.е. угловые шаги зубьев не равны между собой:

ω₁ ≠ ω₂ ≠ … ≠ ω_n

Схема деления подачи двухлезвийным расточным блоком для вто­рого способа показана на рис. 5, а. Здесь по горизонтали отложена развернутая длина окружности растачиваемого отверстия πd = 360°. Зуб 1 врезается в торец заготовки в точке А, а зуб 2 — в точке В. Если инструмент (заготовка) имеет подачу s, мм/об, то зуб 1 при повороте на угол ω₁ пройдет в осевом направлении расстояние s_z1, а зуб 2 при повороте на угол ω₂ — расстояние s_z2.

Из подобия прямоугольных треугольников ΔABC~ΔADF~ΔBDE следует, что

Таким образом, при неравномерном расположении зубьев подача s_zn на зуб инструмента будет пропорциональна подаче s на оборот ин­струмента (заготовки) и углу ω_n зубьев. В этом случае нагрузка на зу­бья будет различной, что вызовет их неравномерный износ и, как след­ствие, снижение общей стойкости инструмента, а также точности диа­метра обработанных отверстий, хотя точность формы отверстий будет выше.

Для увеличения стойкости инструмента и точности обработки необ­ходимо обеспечить одинаковую нагрузку на зубья при сохранении их неравномерного расположения. Достигнуть этого можно за счет осевого смещения одних зубьев относительно других, например в случае двух­лезвийного расточного блока (рис. 5, б) за счет осевого смещения на величину Δh зуба 2 относительно зуба 1. Величину смещения Δh можно определить из подобия треугольников ΔABC~ΔADF~ΔBDE:

Расточные головки, работающие по схеме деления подачи, за счет увеличения числа режущих кромок теоретически могут развивать лю­бую производительность. Однако на практике обычно используют двух­трехрезцовые (для чистовой обработки) или четырех-восьмирезцовые (для предварительной обработки) расточные головки.

Расточные головки для обработки глубоких отверстий относятся к инструментам одностороннего резания с определенностью базирова­ния.

На рис. 6 показана такая головка, предназначенная для растачива­ния глубоких отверстий диаметром 45…250 мм. Режущий элемент го­ловки выполнен в виде кассеты 4 с продольной шпонкой, входящей в соответствующий паз на корпусе 5 головки. Кассета крепится в корпусе винтом 7. На ней с помощью клина 6 закреплена твердосплавная пла­стина 1 ромбической формы, которая имеет две режущие кромки. На­стройка головки на диаметр производится путем смены направляющих 2 и регулировки вылета кассеты. В процессе обработки три твердосплавные направляющие 2 под действием радиальных составляющих сил резания и трения прижимаются к поверхности обработанного от­верстия, обеспечивая тем самым поперечную устойчивость инструмен­та. Три пластмассовые (из полиамида) направляющие 3 служат для гашения колебаний расточной головки.

На рис. 7 показана головка для растачивания гильз пневмо- и гид­роцилиндров под последующую раскатку. Такая головка может рабо­тать по трем вариан­там: 1) с внутренним подводом СОЖ и наружным отводом стружки (А); 2) с внутренним подво­дом СОЖ и внут­ренним отводом стружки с помощью эжектора (Б); 3) с наружным подводом СОЖ и внутренним отводом стружки (В).

В варианте А стружка отводится вперед, а в вариантах Б и В — назад и поэтому в процессе обработки отверстие должно быть заглушено.

Обработка отверстия такой головкой ведется в два этапа. На первом этапе производится растачивание отверстия. При этом стебель работает на сжатие, а твердосплавные направляющие 3 опираются на поверх­ность обработанного пластиной 1 отверстия. На втором этапе кассета 2 заменяется на другую, заранее настроенную на снятие припуска глуби­ной 0,2 мм. При этом направление подачи меняется на обратное, сте­бель работает на растяжение, а твердосплавные направляющие 3 опи­раются на поверхность обработанного отверстия, так как находятся впе­реди вершины СМП.

Фирмой «Sandvik Coromant» (Швеция) разработана также другая, еще более производительная конструкция инструмента для обработки отвер­стий диаметром 40…380 мм и глубиной до 4000 мм в гильзах пневмо- и гидроцилиндров. Этот комбинированный режуще-деформирующий инст­румент работает следующим образом (рис. 8). При прямом ходе инст­румента (рис. 8, а) осуществляется растачивание отверстия плавающим двухлезвийным расточным блоком 1, оснащенным твердым сплавом. При этом обойма роликового раскатника 2 сдвинута вправо на некото­рое расстояние от опорного кольца 3, а ролики раскатника не касаются поверхности обработанного отверстия.

После окончания растачивания резцы плавающего блока (рис. 8, б) 1 с помощью пневматического нажимного устройства 4 утапливаются. Затем включается обратная подача инструмента, обойма раскатника 2 отодвигается влево и упирается в опорное кольцо 3. Ролики начинают пластически деформировать поверхность обработанного отверстия. При этом шероховатость поверхности отверстия достигает Ra 0,05.. .0,20 мкм, а ее твердость в результате наклепа увеличивается на 50%. Обработка ведется с использованием СОЖ на масляной основе с противозадирны­ми присадками (Р, S, Cl).