Проектирование или усовершенствование инструмента
Развитие процесса металлообработки идет быстрыми темпами. Современный инструмент достаточно сильно отличается по своим возможностям от применяемого десять и даже пять лет назад. Если оснастить два одинаковых станка современным и традиционным инструментом, то разница в производительности обработки и качестве изготовляемых деталей будет ощутима.
Применение современного инструмента эффективно как на новом, так и на старом оборудовании. Правильно выбранный инструмент позволяет быстрее окупить затраты на новое оборудование и значительно повысить производительность старого оборудования.
В настоящее время все режущие инструменты по составу можно разделить на следующие группы: а) цельный; б) составной; в) сборный; г) модульный (наборный). У составного инструмента режущая и державочная части имеют неразъёмное соединение. Например, их крепление может осуществляться с помощью сварки или пайки.
У сборного и модульного инструмента режущая и державочная части имеют разъёмное соединение. У модульного инструмента эти части представляют собой отдельные сборочные единицы (модули), которые имеют унифицированные присоединительные поверхности. При этом одна и та же режущая головка может быть присоединена к державкам (оправкам, корпусам) различной конфигурации и функционального назначения.
Основную долю в номенклатуре изготавливаемых фирмами AB Sandvik Coromant [3] и Walter [2] инструментов составляют сборные и модульные инструменты.
Выбор режущей части таких инструментов включает в себя определение формы и размера сменной многогранной пластины (СМП), геометрии её передней поверхности, радиуса при вершине и инструментального материала.
Выбор державочной части (державки, оправки, корпуса) включает в себя определение её типа и размера. При этом необходимо учитывать возможности технологического оборудования (тип и размеры посадочных поверхностей резцедержателя и инструментального шпинделя).
После выбора инструмента необходимо определить режимы обработки.
Главы каталога Walter [2], имеющие в своём названии словосочетание Walter Select, содержат алгоритмы выбора различного инструмента и режущих пластин для него. В каталогах фирмы AB Sandvik Coromant [3] алгоритмы выбора различного инструмента представлены в начале соответствующих разделов.
1. ТИПОВОЙ АЛГОРИТМ ВЫБОРА ТОКАРНОГО И РАСТОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУППЫ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ОБРАБАТЫВАЕМЫЙ МАТЕРИАЛ СОГЛАСНО СТАНДАРТУ ISO, И ПОДГРУППЫ СОГЛАСНО КЛАССИФИКАЦИИ SANDVIK COROMANT. В значительной степени выбор режущего инструмента зависит от обрабатываемого материала. ISO (Международная организация по стандартизации) всё многообразие металлов, используемых в машиностроении, разделяет на несколько групп. Перечень групп и подгрупп можно найти в приложении 1. Каждой подгруппе соответствует условная твёрдость, которую необходимо учитывать при выборе режимов обработки.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ УГЛА ЗАОСТРЕНИЯ РЕЖУЩЕГО КЛИНА. В зависимости от величины угла заострения все СМП можно разделить на две группы: негативные (у=0°, а=0°) и позитивные (у=0°, а>0°) (рис. 1.1).
Негативная пластина имеет в поперечном сечении угол заострения режущего клина 90°. Задний угол при установке негативных пластин создается за счет их поворота при креплении в державке резца. При этом у негативных пластин передние углы становятся отрицательными. Отрицательный передний угол обуславливает наличие больших сил резания, однако усиливает вершину режущего клина (уменьшает вероятность её скола). Негативные пластины рекомендуется применять при обработке материалов высокой твердости и прочности (группы M, S, H), а также при неблагоприятных условиях обработки (сильные вибрации элементов технологической системы, обработка с ударами).
Позитивная пластина имеет угол заострения меньше 90°. Она может быть установлена в гнезде державки таким образом, что передний угол будет положительным. Увеличение переднего угла приводит к уменьшению сопротивления резанию. Позитивные пластины рекомендуется применять при обработке материалов низкой прочности (группы P, K, N), особенно при обработке высокопластичных и вязких материалов, где требуется малый угол заострения.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАБОТКИ. В каталоге инструментов Walter все условия обработки условно разделены на три группы: хорошие, средние, неблагоприятные. Группа определяется геометрией заготовки, жёсткостью элементов технологической системы (станка, приспособления инструмента и заготовки) и состоянием поверхностного слоя заготовки (наличие литейной корки или окалины и др.). Каждой группе условий в каталоге Walter [2] соответствует смайлик (идеограмма, изображающая эмоцию) (рис. 1.2). В каталоге Sandvik Coromant [3] хорошим условиям обработки соответствует белый круг, средним - наполовину закрашенный, неблагоприятным - чёрный.
Условия обработки влияют на выбор инструментального материала и режимов обработки.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ. Геометрия передней поверхности пластины представляет совокупность уступов, лунок, канавок и других конструктивных элементов (рис. 1.3). Они обеспечивают завивание и ломание стружки.
Для каждой группы обрабатываемого материала (P, M, K, N, S, H) существуют различные геометрии сружколомов. Каждой геометрии соответствует диаграмма стружкодробления (рис. 1.4). Она определяет диапазон глубин резания и подач, при которых передняя поверхность пластины будет завивать и ломать стружку.
Р и с. 1.4. Диаграммы стружкодробления СМП
Диаграммы стружкодробления различных стружколомов фирмы Walter приведены в [2]. Стружколомы фирмы Walter кодируются, как правило, двумя буквами и одной цифрой.
Таблица 1.1 - Обозначение формы передней поверхности СМП в зависимости от глубины резания и подачи
| Обозначение передней поверхности | Диапазон глубин t, мм | Диапазон подач So, мм/об |
| Геометрия F (чистовой стружколом) | 0,5-2,0 | 0,1-0,3 |
| Геометрия M (получистовой стружколом) | 1,5-5,0 | 0,2-0,5 |
| Геометрия R (черновой сружколом) | 5-15 | 0,5-1,5 |
Стружколомы фирмы Sandvik Coromant кодируются, как правило, двумя буквами. Первая буква, как правило, соответствует группе обрабатываемого материала согласно стандарту ISO (приложение 1). Вторая буква определяет диапазон глубин резания и подач, при которых обеспечивается удовлетворительное стружколомание (табл. 1.1), [3].
Р и с. 1.5. Формы СМП и их обозначения
Рекомендации по выбору размера пластины фирмы Sandvik Coromant в зависимости от глубины резания t представлены на странице А8 каталога [3]. Для пластины каждого размера указан диапазон рекомендуемых глубин резания.
Таблица 1.2
Рекомендации по выбору формы СМП [1]
ВЫБОР ФОРМЫ И РАЗМЕРА СМП. В международных и национальных стандартах закреплены различные формы СМП (рис. 1.5). Каждая форма кодируется буквой согласно стандарту ISO. На рис. 1.5 при движении в направлении стрелки 1 возрастает угол при вершине СМП. С одной стороны, это приводит к увеличению её прочности; с другой - к увеличению сил резания и склонности к вибрациям. Стрелка 2 направлена в сторону более универсальных пластин (способных обрабатывать поверхности сложной формы) и уменьшения потребной мощности. Рекомендации по выбору формы СМП приведены также в табл. 1.2.
Окончание табл. 1.2
Размер пластины можно определить и другим способом. Исходя из известной глубины резания t и выбранного угла в плане ф необходимо найти длину активной части режущей кромки la (рис. 1.6):
Далее по формулам, приведённым в табл. 1.3, определяют минимальную длину режущей кромки l.
ВЫБОР РАДИУСА ПРИ ВЕРШИНЕ ПЛАСТИНЫ. Радиус при вершине пластины влияет на её прочность и на её способность обеспечивать определенную шероховатость поверхности. Значения радиусов при вершине, как правило, находятся в диапазоне от 0,2 до 2,4 мм.
Для чернового точения рекомендуется выбирать пластину с наибольшим значением радиуса (1,2 -1,6 мм). Чем больше радиус при вершине, тем прочнее режущая вершина, что позволяет вести обработку с большими подачами. 
При окончательной обработке выбор радиуса при вершине пластины зависит от требуемой шероховатости поверхности. Во многих случаях с обрабатываемым материалом контактирует только вершина пластины, профиль которой представляет собой дугу окружности радиусом r (см. рис. 1.6).
При окончательной обработке необходимо обеспечить соотношение:
(1.2)
В противном случае вместо процесса резания могут наблюдаться процессы выглаживания поверхности (пластического деформирования без отделения стружки) и вибрации. Теоретический параметр Rz шероховатости обработанной поверхности в зависимости от радиуса при вершине пластины r и подачи на оборот S^ определяется по формуле
(1.3)
Из формулы (1.3) следует, что увеличение радиуса при вершине пластины r способствует уменьшению шероховатости поверхности. С другой стороны, большой радиус может привести к появлению вибраций.
С целью получать хорошее качество поверхности при обработке с большими подачами были разработаны новые пластины с технологией Wiper (рис. 1.7). В основе этой технологии лежит специально разработанная форма режущей вершины. Пластины Wiper позволяют получать вдвое меньшую шероховатость в сравнении с стандартными пластинами при одной и той же подаче (см. рис. 1.7, а). При одних и тех же требованиях к шероховатости обработанной поверхности пластинами Wiper можно работать с удвоенной подачей в сравнении с стандартными (см. рис. 1.7, б).
ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА. Для каждой пластины в каталоге указаны марки (коды) инструментальных материалов, из которых она изготавливается.
Выбор инструментального материала зависит от группы обрабатываемого материала и условий обработки, которые были определены ранее. Для сравнения различных марок инструментальных материалов разработана шкала тяжести обработки (рис. 1.8).
Каждому инструментальному материалу на этой шкале соответствует область (зона) применения. Каждая область (зона) применения имеет вершину. Она указывает на определённое количество баллов на шкале тяжести обработки. Это количество баллов указано в обозначении инструментального материала (последние 2 цифры).
Сплавы с малым числом баллов имеют высокую износостойкость и предназначены для работы в хороших условиях. Сплавы с большим числом баллов имеют высокую прочность и предназначена для работы в неблагоприятных условиях. 
ВЫБОР СИСТЕМЫ КРЕПЛЕНИЯ ПЛАСТИНЫ В ДЕРЖАВКЕ. Выбор системы крепления пластин будет определяться типом операции, а также формой СМП (негативная или позитивная). За основу при выборе системы крепления могут быть взяты рекомендации, представленные в [2, 3]. Для каждой системы крепления показаны основные типы операций: продольное точение, подрезка торца, контурная обработка, врезание.
ВЫБОР ТИПА И РАЗМЕРА ДЕРЖАВКИ. Тип державки зависит от требуемого главного угла в плане ф. На данном этапе выбора необходимо учитывать, в первую очередь, прочность режущей кромки и возможность обработки поверхностей заданной формы (универсальность). Для станков общего назначения (универсальных станков) необходимо выбирать традиционные державки прямоугольного сечения.
Размер державки должен быть согласован с выбранным размером пластины. По возможности следует выбирать державку максимальной высоты h, однако необходимо учитывать возможность её установки на выбранном станке. Например, на станке мод. 16К20 невозможно установить державку высотой более 25 мм.
ВЫБОР РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ. Для каждой СМП в каталогах Sandvik Coromant и Walter указывается диапазон глубин и подач, при которых обеспечивается удовлетворительное стружколомание. Если величина припуска превышает максимальную глубину резания для выбранной СМП, то его необходимо снимать за несколько рабочих ходов.
Определение скорости резания осуществляется двумя способами.
1)Выбор в соответствии с рекомендациями, представленными в [2, 3]. Табличные значения скорости резания соответствуют стойкости инструмента, равной 15 мин, и условной твёрдости той группы обрабатываемых материалов, в которую входит материал заготовки. Например, для нелегированных сталей с содержанием углерода C = 0,55 - 0,80% (группа Р, СМС 01.3) условная твердость равна НВ 170 (приложение 2). В случае задания иного периода стойкости выбранную скорость резания необходимо умножить на коэффициент коррекции (приложение
3). Если твёрдость материала заготовки отличается от условной, выбранную скорость резания также необходимо скорректировать (приложение)
4).Расчет с помощью специальных программ [6, 8]. На сайте [6] можно осуществить копирование чертёжа выбранного инструмента, а также его 3D модели.