УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОГО ВЫВОДА РЕЗЦА ИЗ ЗОНЫ РЕЗАНИЯ

Полезная модель относится к станкостроению и предназначена для определения силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента при быстром выводе резца из зоны резания для получения корней стружек.
2
Известно устройство для быстрого вывода резца из зоны резания, содержащее корпус, в котором с возможностью поворота установлен резцедержатель, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом, а в корпусе под резцедержателем установлена балочка с тензометрическими датчиками и предохранительными шинами (см. А.с. СССР №569393, М. Кл. В 23 В 29/18, Бюлл. №31, 1977г.).
Признаки, совпадающие - наличие корпуса, в котором с возможностью поворота установлен резцедержатель, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом, и тензобалочка с предохранительными шинами.
Признаки, препятствующие поставленной задаче - недостаточная надёжность, не позволяет точно фиксировать зону резания при изменении механических свойств материала и режимов его обработки, большие погрешности при фиксации воздействия резцецержателя на боёк вследствие возникновения дополнительного крутящего момента при срезании резцедержателем перерезного штифта, а также невозможность измерять начальный импульс и определять силу сцепления нароста с передней поверхностью инструмента.
Известно устройство для быстрого вывода резца из зоны резания, содержащее корпус, в котором с возможностью поворота установлен резцедержатель, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом, под резцедержателем установлена балочка с тензометрическими датчиками, при этом резцедержатель взаимодействует с балочкой посредством клинообразного штифта со сферической шляпкой, опёртого на смонтированный в корпусе амортизатор, а перерезной штифт установлен в дополнительно введённой сменной втулке (см. патент РФ №2193950, МПК В 23 В 29/18, Бюлл. №34, 2002 г.).
Признаки, совпадающие - корпус, в котором с возможностью поворота установлен резцедержатель, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом, установленным в сменной втулке, а под резцедержателем установлена балочка с тензометрическими датчиками.
Признаки, препятствующие поставленной задаче - сложная настройка устройства, большие погрешности при фиксации воздействия резцецержателя на боёк вследствие возникновения дополнительного крутящего момента при срезании резцедержателем перерезного штифта, невозможность измерять начальный импульс и определять силу сцепления нароста с передней поверхностью инструмента.
Наиболее близким является устройство для быстрого вывода резца из зоны резания, содержащее корпус, в котором с возможностью поворота установлен резцедержатель, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом, балочку с тензометрическими датчиками, установленную под резцедержателем, ударник с пружиной, боёк, посредством которого резцедержатель взаимодействует с балочкой с тензометрическими датчиками, смонтированный с возможностью возврата в исходное положение и имеющий в средней части вырез, и узел регулировки усилия воздействия с силоизмерителем и планкой с прорезью для приведения в действие ударника (см. патент RU №2207938, МПК В 23 В 29/18, Бюлл. №19, 2003г.).
Признаки, совпадающие - корпус, в котором на поворотной оси установлен резцедержатель, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом, балочка с тензометрическими датчиками, установленная под резцедержателем, ударник с пружиной и боёк, смонтированный с возможностью возврата в исходное положение, имеющий в средней части вырез и взаимодействующий с балочкой с тензометрическими датчиками.
Признаки, препятствующие поставленной задаче - сложная настройка конструкции силоизмерителя, большие погрешности при фиксации воздействия резцецержателя на боёк вследствие возникновения дополнительного крутящего момента при срезании резцедержателем перерезного штифта, искажение фиксации зоны резания при ударе бойка по планке с прорезью.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение настройки и повышение точности силоизмерения при одновременном исключении погрешностей фиксации зоны резания в момент воздействия бойка на резцедержатель.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для быстрого вывода резца из зоны резания, содержащее корпус, в котором на поворотной оси установлен резцедержатель, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом, установленным в сменной втулке, ударник с пружиной, размещенный в стакане, установленном на корпусе над резцедержателем, установленные в корпусе под резцедержателем балочку с тензометрическими датчиками и боёк, имеющий в средней части вырез и выполненный с возможностью взаимодействия с балочкой с тензометрическими датчиками при ударе по нему резцедержателя и возврата в исходное положение посредством пружины, оно дополнительно содержит упругую балочку с тензометрическими датчиками, установленную на верхней поверхности резцедержателя по оси ударника, при этом перерезной штифт установлен по оси ударника на уровне поворотной оси резцедержателя.
Технический результат достигается тем, что установка перерезного штифта по оси ударника на уровне поворотной оси резцедержателя исключает возникновение дополнительного крутящего момента при срезании резцедержателем перерезного штифта, так как все силы, возникающие в устройстве при его срабатывании, направлены вдоль вертикальной линии, что повышает точность фиксации зоны резания.
Установка на верхней поверхности резцедержателя упругой балочки с тензометрическими датчиками упрощает настройку устройства и повышает точность силоизмерения при определении силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента за счёт предварительной тарировки балочки.
Предлагаемое устройство для быстрого вывода резца из зоны резания поясняется чертежом.
Устройство для быстрого вывода резца из зоны резания содержит корпус 1, в котором с возможностью поворота вокруг оси 2 со сменной втулкой 3 установлен резцедержатель 4, удерживаемый в рабочем положении перерезным штифтом 5, установленным в сменную втулку 6; под резцедержателем установлена балочка 7 с тензометрическими датчиками 8, при этом резцедержатель 4 взаимодействует с балочкой 7 посредством бойка 9 с вырезом 10, смонтированного с возможностью возврата в исходное положение при помощи пружины 11, а ударник 12 с предварительно сжатой пружиной 13 помещён в стакан 14 и удерживается в исходном положении штифтом 15; по оси ударника 12 на верхней поверхности резцедержателя 4 установлена упругая балочка 16 с тензометрическими датчиками 17.
Устройство работает следующим образом.
В процессе резания металла при заданном режиме обработки в определённый момент времени оператор ударяет по верхней части ударника 12, перерезая штифт 15; вследствие одновременного действия силы удара оператора, предварительно сжатой пружины 13 и тангенциальной составляющей силы резания срезается перерезной штифт 5, установленный в сменной втулке 6 по оси ударника 12, резцедержатель 4 поворачивается вокруг своей оси 2 в сменной втулке 3 и режущая часть резца выводится из зоны резания; ударник 12, воздействуя на упругую балочку 16, изгибает её и вызывает деформацию тензометрических датчиков 17, возникающий при этом импульс тока фиксируется миллиамперметром или самописцем (не показано). Одновременно резцедержатель 4 ударяет по бойку 9, имеющем в средней части вырез 10, посредством которого воздействует на балочку 7 с тензометрическими датчиками 8. Удар вызывает изгиб балочки 7 и деформацию тензометрических датчиков 8, возникающий при этом импульс тока по другому каналу фиксируется миллиамперметром или самописцем (не показано).
F
сц
Независимо от силы удара оператора по ударнику 12 и жёсткости предварительно сжатой пружины 13 сила сцепления нароста с передней поверхностью резца  определяется по формуле:
F
P
F
Q
F
F
сц
z
у
пер
к
=  +  +  - - ,
P
z
где - тангенциальная составляющая силы резания, определяемая в зависимости от режимов и условий резания, геометрии инструмента и физико-механических свойств обрабатываемого материала либо по справочнику (см. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах/ А.М. Дальский, А.Г. Суслов, А.Г. Косилова и др.; под. ред. А.М. Дальского. - М.: Машиностроение-1, 2003), либо экспериментально с использованием специального динамометрического устройства (см. Навальнев Б.П. Токарный динамометр // Резание металлов и технология машиностроения: сб. науч. тр. НПИ. - Вып. III. - Т. 274. - Новочеркасск: Изд-во НПИ, 1973. - С. 78 - 82);
F
у
- сила воздействия ударника 12 на балочку 16 с тензометрическими датчиками 17;
Q
- вес резцедержателя 4;
F
пер
- сила, необходимая для перерезания сменного штифта 5; определяется расчётом в зависимости от физико-механических свойств материала штифта и его поперечного сечения;
F
к
- зафиксированная датчиками 8 сила воздействия резцедержателя 4 на тензобалочку 7 через боёк 9 с вырезом 10 после выхода резцедержателя из зоны резания.
Предлагаемая конструкция устройства для быстрого вывода резца из зоны резания и схема действия сил позволяет упростить настройку устройства, исключить искажения при фиксации зоны резания в момент воздействия бойка на резцедержатель и повысить точность определения силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента, что особенно важно при обработке марганцовистых и хромоникелевых сталей и сплавов. По силе сцепления нароста с передней поверхностью инструмента можно прогнозировать частоту его срывов и, как следствие, стойкость инструмента и качество получаемого поверхностного слоя обрабатываемой детали. При этом конструкция предлагаемого устройства для быстрого вывода резца из зоны резания более простая и надёжная по сравнению с прототипом (см. патент RU №2207938, МПК В 23 В 29/18, Бюлл. №19, 2003г.).
V
S
t
V
S
t
F
N
Т
h
Ra
H
сц
и
v
Проведены сравнительные испытания предлагаемого устройства для быстрого вывода резца из зоны резания и устройства по прототипу (см. патент RU №2207938, МПК В 23 В 29/18, Бюлл. №19, 2003г.). Токарной обработке подвергались образцы из стали 110Г13Л (режимы резания: скорость резания  = 0,78 м/с, подача = 0,2 мм/об, глубина резания  = 1,5 мм) и сплава 45Х25Н20С2А (режимы резания:  = 1,12 м/с,  = 0,3 мм/об,  = 2,5 мм). В резцедержателе устанавливались сменные режущие пластины из твёрдого сплава Т15К6. Обработка велась без охлаждения. Определялись следующие величины: разброс вычисляемой силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента Δ, частота его срывов в минуту , стойкость режущих пластин  как время их непрерывной работы до износа по передней поверхности  = 1,2 мм, а также параметр шероховатости обработанной поверхности  и микротвёрдость материала поверхностного слоя .
F
Т
Ra
H
сц
v
Результаты сравнительных испытаний, полученные как средние арифметические по данным десяти последовательно выполненным испытаниям, приведены в таблице, из анализа которой следует, что использование предлагаемого устройства для быстрого вывода резца из зоны резания позволяет на (40 - 45) % повысить точность определения силы сцепления нароста с передней поверхностью инструмента. Определение более точного значения силы сцепления нароста с передней поверхностью резца позволяет при назначении режимов и условий резания, а также геометрии инструмента снизить частоту срывов нароста на (50 - 55)%, что обеспечивает повышение стойкости режущих пластин  в 1,3 - 1,5 раза, уменьшение шероховатости обработанной поверхности по параметру  на (20 - 25)% и снижение микротвёрдости материала поверхностного слоя  почти в 1,2 раза.
Таблица
Результаты сравнительных испытаний устройств для быстрого вывода резца из зоны резания
Обрабатываемый материал
Показатели сравнительных испытаний
по прототипу
по предлагаемому устройству
ΔF<sub>сц</sub>,кН
N,шт
T,мин
Ra,мкм
H<sub>v</sub>,МПа
ΔF<sub>сц</sub>,кН
N,шт
T,мин
Ra,мкм
H<sub>v</sub>,МПа
сталь 110Г13Л
0,65
32
24
10,6
320
0,38
15
36
8,4
290
сплав 45Х25Н20С2А
0,83
26
31
15,8
280
0,45
12
40
11,2
260