Конструктивные элементы резца и его геометрические параметры

Резец (рис. 21.3, а) состоит из рабочей части или головки А и стержня или тела Б, предназначенного для закрепления резца в резцедержателе. На рабочей части его, срезающей стружку, заточкой образуют такие поверхности: а) переднюю 4, по которой сходит стружка; б) задние / и 6, обращенные к обрабатываемой заготовке. Пересечения передней и задней поверхностей образуют режущие кромки резца. Режущую кромку 5, выполняющую основную работу резания, называют главной, а режущую кромку 3 — вспомога­тельной. Сопряжение главной и вспомогательной режущих кромок образует вершину резца 2.

Рис.21.3 Основные части и элементы резца

В некоторых случаях резцы могут иметь переходную режущую кромку 7 (рис. 21.3, 6) и примыкающую к ней переходную заднюю поверхность 8.

Поверхности на обрабатываемой заготовке, координатные и се­кущие плоскости.

При станочной обработке заготовки на ней различают такие поверхности (рис. 21.4, а): обрабатываемую; обработаннуюи поверхность резания.

Рис. 21.4 Поверхности заготовки и координатные плоскости

Обрабатываемая поверхность — поверхность заготовки, с которой в процессе резания снимается слой материала в виде стружки.

Обработанная поверхность — поверхность заготовки, полученная после снятия стружки.

Поверхность резания — поверхность заготовки, образуемая непосредственно главной режущей кромкой (кромками) инструмента.

Рис. 21.5 Геометрические параметры резца

Для определения углов резца используют следующие исходные координатные и секущие плоскости (рис. 21.4; 21.5): резания, основная, главная и вспомогательная секущие плоскости.

Плоскостью резания называют плоскость, касательную к поверхности резания и проходящую через главную режущую кромку резца.

Основной плоскостью называют плоскость, параллельную направлению продольной и поперечной подач.

Главной секущей плоскостью называют плоскость, перпендикулярную к проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Вспомогательной секущей плоскостью называют плоскость, перпендикулярную к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

Углы резца, измеренные в главной секущей плоскости, называют главными, а измеренные во вспомогательной секущей плоскости – вспомогательными.

К главным углам резца относятся: главный задний угол, угол заострения, передний угол и угол резания.

Передним углом называется угол между плоскостью, касательной к передней поверхности резца в рассматриваемой точке режущей кромки и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку. Он может быть положительным, когда плоскость касательная к передней поверхности, расположена ниже плоскости, перпендикулярной к плоскости резания, или равным нулю, когда плоскость касательная к передней поверхности, перпендикулярна плоскости резания, и отрицательным, когда плоскость касательная к передней поверхности, расположена выше плоскости перпендикулярной к плоскости резания.

Главным задним углом называется угол между главной задней поверхностью резца, в рассматриваемой точке режущей кромки, и плоскостью резания.

Углом заострения называется угол между плоскостями, касательными к передней и главной задней поверхностям резца в рассматриваемой точке режущей кромки.

Угол резания — угол между плоскостью, касательной к передней поверхности резца в рассматриваемой точке режущей кромки и плоскостью резания.

Между углами , , , существуют следующие зависимости: , ; .

В этих зависимостях угол должен быть взят обязательно со своим знаком, с положительным или отрицательным.

Вспомогательные углы резца измеряют в сечении вспомогательной секущей плоскости.

Вспомогательными углами являются углы . Их определяют аналогично главным углам резца. Углы резца в плане измеряются в основной плоскости. К ним относятся углы .

Главным углом в плане называется угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Вспомогательным углом в плане называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным направлению подачи.

Углом при вершине в плане называется угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок резца на основную плоскость. Из рис. 4.5. видно, что .

Углом наклона главной режущей кромки называют угол, заключенный между режущей кромкой и линией О'O', проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряют в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основ­ной плоскости.

В зависимости от положения вершины резца относительно режущей кромки угол будет равен нулю, может быть отрицательным или положительным. Угол равен нулю, когда режущая кромка параллельна основной плоскости, он считается отрицательным, когда вершина резца является высшей точкой, и положительным, когда вершина резца – низшая точка режущей кромки. Угол определяет направление схода стружки: если =0⁰, стружка отводится в направлении, перпендикулярном главной режущей кромке, если отрицательный или положительный, то стружка отводится соответственно в сторону обрабатываемой или обработанной поверхности.

Изменение геометрии резца в зависимости от точности его установки и в процессе резания.

Выше была рассмотрена геометрия резца при условии, что вершина резца установлена по оси заготовки и что ось стержня (державки) перпендикулярна этой оси, а также что плоскость резания перпендику­лярна основной плоскости, и при этом не учитывали движение подачи. Однако изменение положения резца отно­сительно оси заготовки, а также наличие подачи, износ передней и задней поверхностей резца приводят к изменению углов резца.

Рассмотрим, как влияют на углы резца перечисленные факторы и как можно определить действительное зна­чение этих углов.

Рис. 21.6 Изменение углов резца в зависимости от его установки относительно оси заготовки

При наружном и внутреннем точении (если =0 и вершина резца уста­новлена по оси заготовки) плоскость резания будет расположена верти­кально (на рис. 21.6., а изображен след плоскости резания АА). Плоскость ON, перпендикулярная к плоскости реза­ния, находится в радиальной плоскости и параллельна основной плоскости. В этом случае действительные углы соответствуют рассмотренным ранее. Если вершину резца установить выше или ниже оси заготовки (рис. 21.6., б и в), то плоскость резания отклонится от вертикального положе­ния на некоторый угол т и займет положение А'А'. На этот же угол отклонится и плоскость ON и займет положение ON'. В результате углы резца изменятся в большую или меньшую сторону.

При наружном точении с установкой резца выше оси заготовки (рис.21.6, б) действительный передний угол увеличивается, а дей­ствительный задний угол уменьшается на угол . При установке резца ниже оси заготовки угол уменьшается, а угол увели­чивается, то есть в общем случае можно записать .

При внутреннем точении в таких случаях установки резца (ниже оси заготовки), наоборот, угол увеличивается, а угол уменьшается, то есть углы и изменяются иначе, чем при наружном точении.

Угол можно определить на основе построения, изображенного на рис. 21.6., б: ,

где h — значение смещения вершины резца относительно оси заготовки;

R — радиус заготовки.

Угол определен из условия, что режущая кромка параллельна оси заготовки и главная секущая плоскость перпендикулярна оси вращения заготовки, то есть главный угол в плане равен нулю. Если , то углы и изменяются на угол :

На практике вершину резца чаще устанавливают на уровне оси заготовки. Установка вершины резца выше оси заготовки при на­ружном точении на величину h= (0,01—0,02)D (D — диаметр обрабатываемой поверхности) допускается лишь при предварительной обработке. При чистовой обработке вершина должна быть установлена на уровне оси заготовки или ниже оси на указанную величину h, так как в противном случае при недостаточной жесткости резца он может изогнуться, врезаться в заготовку и начать срезать слой большей глубины. Это приводит к браку.

При изменении положения оси стержня резца относительно оси заготовки, то есть, если ось стержня не будет перпендикулярна оси заготовки, углы и не будут равны углам, полученным при заточке.

При повороте резца по часовой стрелке (центром поворота, на­пример, является вершина резца) угол уменьшается, а угол увеличивается на некоторый угол поворота . При повороте резца против часовой стрелки углы и изменятся в обратном порядке. В общем случае можно записать, что .

При продольном точении, когда заготовка вращается, а резец имеет движение подачи (в кинематике), поверхность резания явля­ется винтовой. Рассмотрим влияние подачи на изменение углов проходного резца ( =90°, ).

Рис.21.7. Влияние подачи на изменение углов резца.

На рис. 21.7, а показано влияние подачи S на углы резца при наружном точении заготовки диаметром D.

При наличии подачи S поверхность резания располагается по винтовой поверхности I, а плоскость резания занимает положение А'А', то есть она повернута относительно плоскости резания АА в статике на угол . С увеличением подачи до S' (поверхность резания II, плоскость резания А"А") угол поворота плоскости резания увеличивается ( ) и тем больше, чем больше подача S. Одновременно поворачива­ется на угол плоскость ВВ, перпендикулярная к плоскости резания АА, и она занимает положение В'В'. В результате поворота плоскостей изменяются углы и , то есть можно записать .

Угол , можно определить, исходя из развертки винтовой линии на плоскость (см. рис.21.7, б):

Если угол то плоскость резания повернется не на угол , а на угол , значение которого определяют по формуле:

Тогда углы резца в кинематике следующие: .

Подобное же влияние на действительное значение углов резца оказывает подача при поперечном точении, при отрезании. По мере приближения резца к оси заготовки (рис. 21.7, а) плоскость резания А'А' будет все больше отклоняться на угол от положения в ста­тике АА, так как поверхность резания представляет собой спираль. Это уменьшает задний угол и приводит к тому, что наступает момент, когда . В таких условиях резец уже не режет, а сми­нает обрабатываемый материал, заготовка не отрезается до конца, а отламывается со стерженьком в центре диаметром 1—5 мм.

Рассмотрим, как влияет износ резца по передней и задней поверхностям на изменение его углов в процессе резания.

Рис. 21.8 Изменение углов резца в зависимости от его износа

На рис. 21.8 изображено изменение переднего угла (рис. 21.8, а) вследствие образования лунки на передней поверхности резца у режущей кромки и изменение заднего угла (рис.21.8, б) из-за износа задней поверхности. Угол в процессе резания постоянно увеличивается, а угол уменьшается, увеличивая площадь по­верхности контакта резца с поверхностью резания.

Процесс образования элемента стружки делится на три этапа:

- упругая и пластическая деформация в зоне стружкообразования;

- сдвиг элемента стружки;

- дополнительная пластическая деформация образовавшегося элемента стружки при его движении по передней поверхно­сти инструмента.

В зависимости от свойств обрабатываемого материала и усло­вий резания образуются три вида стружек: сливная, скалывающая, стружка надлома.

Процесс стружкообразования сопровождается такими явления­ми, как усадка стружки, нарост на инструменте и упрочнение поверх­ностного слоя.

Теплота_резания. При резании металлов 95% механической работы деформации и трения переходит в теплоту. Полагают, что до 5% работы резания переходит в скрытую энергию искажения кристал­лической решетки обрабатываемого материала. Количество теплоты, выделяющейся в процессе резания, можно определитьиз выражения

Q ~ А \ e = (Рz U/ LJ/427) ккал/мин,

где А – работа резания; Pz - сила резания; U - скорость резания, м/мин; e - механический эквивалент теплоты.

Распределение теплоты имеет большое практическое значение. Чем больше теплоты уйдет со стружкой, тем меньше попадет в заготовку, тем менее вероятны тепловые деформации и меньше интенсивность износа инструмента.

На температуру резания влияют скорость резания, подача и глу­бина резания. Для снижения температуры используют смазывающе-охлаждающие жидкости (вода с добавками соды, буры и пр., масляные эмульсии, масляные жидкости).

Силы резания. Сопротивление металла резанию преодолевается силой резания. В общем случае сила резания Р является равнодейст­вующей сил нормального давления и сил трения.

Для решения практи­ческих задач силу Р заменяют ее составляющими Fx, Fy, Fz (см. рис. 21.9).

Рис. 21.9. Распределение сил при обработке резанием

Fz главная составляющая силы резания. Ее называют вер­тикальной (или тангенциаль­ной) силой. По величине Fz определяют эффективную мощность резания N = (Fz*U/60)*102 кВт и крутящий момент на обрабатываемой за­готовке М = Fz *Д/2, кгс*мм; Д - диаметр обрабатываемой за­готовки, U - скорость резания;

Fx, Fy - осевая и радиальная составляющие F.

Hа практике силы резания определяют в каждом отдельном слу­чае экспериментально.

Износ инструмента. Износостойкость режущей части инстру­мента характеризуется его способностью сопротивляться микроскопи­ческим разрушениям на поверхностях контакта со стружкой и заготов­кой. Различают абразивный износ, адгезионный износ, диффузионный износ, окислительный износ.

Стойкость инструмента. Время непрерывной работы инстру­ментана постоянных режимах резания до заданной (оптимальной) ве­личины износа называют периодом стойкости Т. Величина Т зависит от материала инструмента, режима термообработки, геометрии и каче­ства заточки, а также от условий резания.

При прочих равных условиях период стойкости уменьшается с увеличением скорости резания U подачи У и глубины резания d:

T = C / U уⁿ¹ dⁿ²

С - постоянная, характеризующая влияние всех прочих пара­метров на Т: n > n1 > n2- показатели относительной стойкости. Для качественной резки производят:

- выбор режима резания;

- выбор материала инструмента;

- выбор геометрии режущей частиинструмента.