книги / Резание материалов

Рис. 11. Изменение направления схода стружки от изменения угла наклона главной режущей кромки от положительного

до отрицательного значения

Углы в плане. При рассмотрении геометрии токарного резца на виде сверху или в плане различают следующие углы резца (рис. 12): главный угол и вспомогательный угол в плане, угол между кромками и радиус при вершине резца.

Положение главного лезвия оп-

ределяют главным углом в плане

. Главным углом в плане резца
называют угол между проекци-
ей главного лезвия на основную
плоскость и плоскостью, пер-
пендикулярной к основной, сов-
падающей с направлением по-
дачи резца. Положение вспомо-		Рис. 12. Углы резца в плане
гательного лезвия	определяют
вспомогательным	углом в плане	1. Вспомогательным углом

в плане резца 1 называют угол между проекцией вспомогательного лезвия на основную плоскость и рабочей плоскостью, пер-

31

пендикулярной к основной в данной точке режущей кромки. Угол между главной и вспомогательной режущими кромками обозна-

чают буквой . Радиус при вершине резца обозначают буквой R. Любой режущий инструмент нужно рассматривать с двух точек зрения: как некоторое геометрическое тело определенной формы и размеров и как орудие труда, с помощью которого осуществляется определенный метод обработки. Соответственно этому и геометрические параметры инструмента целесообразно разделять на параметры инструмента как геометрического тела, нужные при изготовлении инструмента (так называемые статические углы, или углы заточки), и параметры инструмента в процессе резания, определяющие условия протекания процесса (так

называемые рабочие углы, или углы движения).

Статические углы, или углы заточки инструмента, рассматриваемого как некоторое геометрическое тело, для сокращения будем называть просто геометрическими параметрами. Углы движения, или рабочие углы инструмента, образующиеся в процессе резания, будем называть рабочими геометрическими параметрами. Как будет показано ниже, рабочие углы некоторых инструментов при определенных условиях обработки могут по величине отличаться от углов заточки. Сообщив инструменту при его работе те или иные движения или изменив соотношение скоростей этих движений, можно при неизменных углах заточки получить различные по величине рабочие углы.

При рассмотрении инструмента как геометрического тела отсчетные плоскости или поверхности, относительно которых фиксируются в пространстве положения его режущих поверхностей и лезвий, должны быть такими, чтобы обеспечить при существующих технологических средствах наибольшую простоту изготовления и контроля инструмента после его изготовления. Поскольку различные типы инструментов имеют различные конструктивные формы и технологию изготовления, то и отсчетные плоскости или поверхности тоже могут быть различными. Но если инструмент рассматривается в процессе резания, то в этом случае его режущие поверхности необходимо ориентировать от-

32

носительно той поверхности, с которой срезается слой материала, т.е. от поверхности резания или образующих ее траекторий относительного рабочего движения инструмента.

1.2.3. Изменения углов заточки режущих инструментов в процессе резания и при установке в резцедержатель

Процесс резания осуществляется перемещением режущего инструмента относительно поверхности обрабатываемой детали. В зависимости от положения плоскости резания в процессе обработки углы инструмента могут изменяться, что наблюдается, когда плоскость резания занимает иное положение, чем в статической системе координат. Кроме того, геометрические параметры режущей части инструментов, полученные после заточки, трансформируются в результате изменения положения резца относительно основной плоскости, установки вершины резца выше или ниже оси центра станка или детали, а также вследствие изнашивания рабочих поверхностей инструмента или ошибки рабочего.

Предположим, что процесс резания осуществляется по схеме, указанной на рис. 13, где в качестве инструмента используется призматический брусок со статическими углами = 0°, = 0°. На рис. 13, а отсутствует движение подачи, плоскость резания при обработке совпадает со статической, поэтому кинематические углы соответствуют статическим. Инструмент имеет угол = 0°, в результате чего увеличивается трение между задней и обрабатываемой поверхностями. Для уменьшения трения необходимо на инструменте создать положительный задний угол .

В данном случае траекторией движения рассматриваемой точки лезвия является наклонная прямая ОB, параллельная векто-

ру скорости резания Ve .

Теперь предположим, что инструменту сообщается одновременно два движения резания (см. рис. 13, б). Одно из движений (главное) совершается со скоростью V, второе (движение подачи) – со скоростью VS. Результирующей скоростью будет скорость Ve. Эта прямая – след плоскости резания в процессе обработки. Таким образом, плоскость резания занимает иное положение, чем

33

в статике, так как след плоскости резания в статике – прямая ОА. Статический передний угол = 0°, кинематический передний угол к приобретает положительное значение. Статический задний угол = 0° (в процессе резания он имеет отрицательное значение). В этом случае осуществление процесса резания возможно лишь при условии смятия, пластического деформирования и выдавливания задней поверхностью слоя С материала обрабатываемой детали, препятствующего движению по направлению вектора Ve. Чтобы создать нормальные условия резания, необходимо обеспечить задний угол больший, чем угол :

tg = VVS .

а

б

Рис. 13. Схема изменения статических углов резца в процессе резания: а – = 0°; б – 0°

На рис. 14 упрощенно показана работа резца при продольном точении с = 90° и = 0°.

Режущая кромка резца установлена на уровне оси заготовки: B–В – положение плоскости резания при вращении заготовки и отсутствии подачи (точки режущей кромки описывают окружности, касательная к ним занимает вертикальное положение); А–А – положение плоскости резания, касательной к винтовой поверхности резания, при работе с включенной подачей; к – кинематический задний угол; – угол между направлениями скоростей результирующего движения резания и главного движения,

называемый углом скорости резания.

34

а

б

в

Рис. 14. Изменение углов резца в процессе работы:

а– продольное точение; б – поперечное точение;

в– развертка траектории точки режущей кромки резца

Поверхность резания в кинематике будет ближе к задней поверхности резца. В результате изменения положения плоскости резания задний угол уменьшается: к = – .

Если развернуть на плоскость окружность вращения и винтовую траекторию точки режущей кромки, мы получим треугольник, в котором катетами будут подача и окружность вращения, а гипотенузой – винтовая траектория, отсюда

= arctg(So/ D).

Сувеличением подачи увеличивается наклон винтовой тра-

ектории точки режущей кромки (эти траектории образуют поверхность резания), а кинематический задний угол уменьшается. Разные точки режущей кромки находятся на различных диаметрах заготовки, а следовательно, наклон их винтовых траекторий будет различным. Чем меньше диаметр заготовки, тем значительнее уменьшается задний угол в процессе работы, так как наклон винтовой траектории больше.

Если резец имеет угол в плане = 90°, направление подачи и секущей плоскости, в которой измеряется угол , совпадает. Если угол 90°, угол между положениями плоскости резания, измеренный в главной секущей плоскости, можно определить по формуле tg = tg · sin , кинематический задний угол в главной секущей плоскости к = – .

35

При поперечном точении, при отрезании детали точки режущей кромки описывают архимедову спираль, следовательно, касательная к поверхности резания и плоскость резания также будут отклоняться от касательной к окружности вращения и кинематический задний угол резца будет меньше.

Чем больше подача и меньше диаметр, на котором расположена точка режущей кромки, тем больше угол между положениями плоскости резания. Следовательно, кинематический задний угол при поперечном точении

к = – ,

где tg = tg · sin .

При обычно употребляемых при точении подачах угол незначителен, и изменением заднего угла в процессе работы можно пренебречь. В процессе работы с большими подачами (при затыловочных работах, нарезании резьбы, обработке ходовых винтов) необходимо учитывать изменение заднего угла резца, угол его заточки должен быть больше на угол .

Передний угол резца в этом случае увеличивается на угол , так как основная плоскость изменяет свое положение (см. определение переднего угла в п. 1.2.2). Угол заострения резца остается постоянным. Таким образом, во время работы резец в главной секущей плоскости будет иметь кинематический передний уголк = + . Для обеспечения в процессе работы оптимального заднего угла его затачивают, увеличивая на . Это уменьшает угол заострения и ухудшает условия работы резца. Чтобы сохранить их оптимальными, передний угол можно уменьшить на .

Влияние установки резцов на величину углов. Неправильная установка резца в резцедержателе приводит к тому, что точки режущей кромки располагаются ниже или выше оси заготовки, нарушая требование установки вершины резца по центру заготовки. При этом будет изменяться положение касательной плоскости резания к поверхности резания на величину ± . Фактический передний угол ф = ± , и задний угол ф = ± (рис. 15).

36

Если рассматривать наружное точение, то при установке резца выше центра (см. рис. 15, а) передний угол увеличивается, а задний уменьшается. При установке резца ниже центра (см. рис. 15, в) передний угол уменьшается, а задний увеличивается.

При расточке отверстий изменение установки влияет противоположным образом. При установке резца выше центра (см. рис. 15, д) передний угол уменьшается, а задний увеличивается. При установке резца ниже центра (см. рис. 15, е) передний угол увеличивается, а задний уменьшается.

Это необходимо учитывать при расчетах сил и температур резания, стойкости режущего инструмента. Возможны поломки режущего инструмента, оборудования и брака деталей.

а

б

в

г д е

Рис. 15. Схемы изменения углов резца при установке выше или ниже центра заготовки при наружном точении (а, б, в) и при расточке (г, д, е)

Изменение углов в плане. Главный и вспомогательный 1 углы в плане могут отличаться от заданных в зависимости от правильности установки резца по отношению к оси обрабатываемой детали. Указанное изменениеуглов и 1 показано нарис. 16.

Тело резца должно быть прижато боковой поверхностью к резцедержателю станка перпендикулярно оси заготовки и закреплено не менее чем двумя болтами резцедержателя (см. рис. 16, б). При неправильной установке резца углы в плане мо-

37

гут уменьшиться, что приведет к увеличению радиальных сил отжима заготовки от резца и ухудшит точность обработанной поверхности заготовки (см. рис. 16, а).

а

б

Рис. 16. Схема изменения углов и 1 в плане в зависимости от установки (а) и схема правильной установки канавочного резца под углом = 90°(б)

1.2.4. Формы передней поверхности и назначение углов токарного резца

Плоская передняя поверхность резца, изображенная на рис. 17, 18, во многих случаях резания не является оптимальной. Если резец изготовлен из быстрорежущих сталей, то в зависимости от рода обрабатываемого материала и условий работы рекомендуют три формы переднейповерхности(см. рис. 17).

Рис. 17. Формы передней поверхности резцов из быстрорежущих сталей

38

IIIа IIIб

Рис. 18. Формы передней поверхности резцов с пластинками твердых сплавов

Форма I – криволинейная с фаской f ; предназначена для резцов всех типов, кроме фасонных со сложным контуром, обрабатывающих пластичные материалы с подачей более 0,2 мм/об. Передняя поверхность состоит из фаски, параллельной опорной плоскости резца, и выкружки, очерченной дугой окружности радиусом R. В точке пересечения выкружки с фаской касательная к ней образует с плоскостью, параллельной опорной плоскости, передний угол .

Размеры выкружки: R = (10…15)·Sо для проходных и расточных резцов и R = (50…60)·Sо для прорезных и отрезных резцов; l = 2R sin ( – п.р), где п.р – угол, под которым опорная плоскость быстрорежущей пластинки наклонена относительно опорной плоскости резца.

Форма II – плоская с фаской; предназначена для резцов всех типов, обрабатывающих пластичные материалы с подачей более

0,2 мм/об.

Форма III – плоская; предназначена для резцов всех типов, обрабатывающих хрупкие материалы, а также пластичные материалы, если подача равна или меньше 0,2 мм/об.

Ширина фаски для форм I и II f = (0,8…1)·Sо, а величина переднего угла зависит от механических свойств обрабатываемого материала, уменьшаясь при увеличении его твердости и прочности. Для форм I и II передней поверхности угол изменяется в пределах 25…30°, а для формы III в пределах 5…25°.

При оснащении резца пластинкой твердого сплава рекомендуют также три аналогичные формы передней поверхности (см. рис. 18), имеющие те же названия, что и у резцов из быстрорежущих сталей.

39

В отличие быстрорежущих резцов у твердосплавных угол f наклона фаски неравен нулю иимеет отрицательный знак.

На рис. 18 форма I предназначена для резцов, обрабатывающих пластичные материалы с пределом прочности на растяжениеb 80 кгс/мм2 при получистовом режиме резания (Sо < 0,3 мм/об). Выкружка выполняет функцию стружкозавивального элемента резца; ееразмеры: l = 2…2,5 мм; R 2l.

Форма II применяется в тех же случаях, что и форма I, а также для резцов, обрабатывающих хрупкие материалы, но при прерывистом резании и при обработке деталей, имеющих литейную корку.

Форма IIIа предназначена для резцов, обрабатывающих хрупкие материалы, а также для резцов, обрабатывающих пластичные материалы с b 80 кгс/мм2 при чистовом режиме резания с малыми глубинами резания и подачами.

Форма IIIб предназначена для резцов, обрабатывающих пластичные материалы с b > 80 кгс/мм2, а также при резании пластичных материалов любой прочности, но при прерывистом резании.

Ширина фаски I колеблется в пределах 0,2…0,5 мм, а угол ее наклона f = –3…–5°. Передний угол резца с формой I передней поверхности равен 15…20°, а передний угол резцов с формами II и III зависит от прочности и твердости материала обрабатываемой детали, уменьшаясь и переходя в область отрицательных значений при увеличении b и НВ. Для формы II и IIIа передний угол колеблется в пределах 8…15°, а для формы IIIб – в пределах –5…–10°.

Передний угол оказывает сильное влияние на процесс резания материалов. С увеличением переднего угла уменьшается работа, затрачиваемая на процесс резания, улучшаются условия схода стружки и повышается качество обработанной поверхности. Вместе с тем увеличение переднего угла приводит к снижению прочности режущего лезвия и увеличению его износа вследствие выкрашивания и менее интенсивного теплоотвода. Поэтому при обработке твердых и хрупких материалов применяют небольшие передние углы, а при обработке мягких и вязких материалов углы увеличивают. При обработке закаленных сталей твердосплавным инструментом, а также при прерывистом реза-

40