Краткие теоретические сведения

 

1.1.1. Классификация токарных резцов

 

Основные признаки классификации резцового инструмента:

· по виду станков – токарные, строгальные, долбежные и др.;

· по форме и расположению режущей части – прямые, отогнутые и оттянутые (рис. 1.1);

 

		Вправо	Симметрично	Влево
а	б	в г д

 

Рис. 1.1. Формы режущей части резцов:

а – прямая, б – отогнутая, в, г, д – оттянутая

 

· по способу изготовления – цельные, составные и сборные;

· по сечению корпуса (державки) – прямоугольные, круглые и др.;

· по материалу режущей части – цельные стальные, из быстрорежущей стали, твердосплавные, минералокерамические с режущей частью из сверхтвердых материалов (алмаз, кубический нитрид бора – «эльбор»);

· по характеру обработки – черновые, чистовые и для тонкого точения;

· по виду выполняемых работ – проходные, подрезные, отрезные (прорезные и канавочные), расточные, фасонные, резьбонарезные и др. (рис. 1.2).

 

а г ж

б д з

в е и

 

Рис. 1.2. Виды резцов и их назначение:

а, б, в – проходные (для обтачивания наружных цилиндрических поверхностей: а – прямой, б – отогнутый, в – упорный); г – подрезной (для подрезания торцов и уступов); д – отрезной (канавочный) (для отрезания или прорезания канавок); е – фасонный (для точение фасонных поверхностей); ж – резьбовой (для нарезания резьбы); з, и – расточные (для точения внутренних цилиндрических поверхностей: з – растачивание сквозного отверстия расточным проходным резцом; и – растачивание глухого отверстия расточным упорным резцом)

· по направлению подачи: при продольной подаче – на правые и левые (рис. 1.3); при поперечной подаче – на радиальные и тангенциальные.

 

	а б Рис. 1.3. Левый (а) и правый (б) резцы

1.1.2. Движения в процессе резания и поверхности обработки

 

(R)

k

η

Рабочий процесс резания при точении возможен только при непрерывном относительном взаимном перемещении обрабатываемой заготовки и лезвия резца. Движение, обеспечивающее деформацию и разрушение срезаемого слоя и превращение его в стружку, называется главным движением резания (D _г) и характеризуется скоростью главного движения резания V (м/мин), под которой понимают скорость перемещения точки k режущей кромки по поверхности обрабатываемой заготовки в направлении главного движения резания. Движение, обеспечивающее непрерывность процесса резания, называется движением подачи (D_s) и характеризуется скоростью V_s перемещения точки k режущей кромки в направлении движения подачи (рис. 1.4).

На металлорежущих станках устанавливают значение подачи S, которое определяется отношением перемещения точки k режущей кромки лезвия к числу циклов главного движения резания или его части. Если главное движение резания вращательное, то за его цикл принимается один оборот детали или инструмента. При этом подача обозначается S_о, мм/об (с индексом «о» от слова – оборот, т. е. при точении – подача на оборот детали).

В процессе точения на заготовке различают следующие поверхности (см. рис. 1.4): обрабатываемую поверхность 1 (частично или полностью удаляется); обработанную поверхность 2 (образуется после снятия припуска); поверхность резания (R) 3 (образуется режущей кромкой инструмента в процессе резания и является переходной между поверхностями 1 и 2).

 

1.1.3. Элементы конструкции резца

 

Резец состоит из рабочей (режущей) части 1, включающей режущую пластину 3, и державки (корпуса) 2 (рис. 1.5). Наиболее распространена прямоугольная форма сечения державки с размерами В и Н, которые выбираются в зависимости от требуемой прочности и жесткости инструмента.

 

ρ

α

γ

в

 

Рис. 1.5. Конструктивные элементы составного токарного проходного прямого правого резца

 

Рабочая часть резца 1 характеризуется следующими параметрами:

· высотой Е – расстоянием от опорной плоскости до вершины резца 4;

· высотой h опорной поверхности под основную режущую пластину 3;

· длиной l₁ – наибольшим расстоянием от вершины резца 4 до границы ослабления державки 2 гнездом под режущую пластину 3;

· размерами режущей пластины 3 – толщиной s, длиной l и шириной b.

Резание осуществляется лезвием рабочей части резца, которое образуется в результате пересечения двух сопрягающихся поверхностей:

передней А_g – поверхности лезвия, контактирующей в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой (по данной поверхности сходит стружка);

главной задней А_a – поверхности лезвия, контактирующей с поверхностью резания R на обрабатываемой заготовке.

Вспомогательной задней поверхностью головки резца называется поверхность лезвия, контактирующая с обработанной поверхностью заготовки.

Сопрягаясь, передняя А_g и задняя А_a поверхности лезвия образуют:

главную режущую кромку К, формирующую большую сторону сечения срезаемого слоя (срезает с заготовки основную часть припуска);

вспомогательную режущую кромку К ₁, формирующую меньшую сторону сечения срезаемого слоя (зачищает остаточные гребешки на обработанной поверхности, оставленные главной режущей кромкой К).

Острота главной режущей кромки К характеризуется радиусом округления r, который изменяется от одного до нескольких десятков микрометров и зависит от свойств инструментального материала и качества заточки и доводки лезвия, по мере изнашивания которого r увеличивается.

Пересечение режущих кромок К и К ₁ образует вершину резца 4 (см. рис. 1.5), где r _в – радиус скругления при вершине резца.

 

1.1.4. Геометрические параметры резца (ГОСТ 25762-83)

 

Положение элементов рабочей части резца в пространстве определяется системой угловых размеров, которые называются геометрическими параметрами и могут быть измерены в статической, кинематической и инструментальной прямоугольных системах координат.

Статическая система координат имеет начало в рассматриваемой точке k на режущей кромке и ориентирована относительно направления скорости главного движения резания V (см. рис. 1.4 и 1.6).

Кинематическая система координат ориентирована относительно направления результирующей скорости резания V_е.

Инструментальная система координат ориентирована относительно элементов режущего инструмента, принятых за базу. Для токарных резцов такими элементами являются продольная и поперечная оси, опорная поверхность.

В качестве исходных баз для измерения углов в статической и кинематической системах координат используются следующие координатные плоскости, следы которых показаны на рис. 1.6 и 1.7:

· основная плоскость Р_v – проведенная через рассматриваемую точку k на режущей кромке перпендикулярно вектору скорости главного движения резания V в статической системе координат (Р_vс) или перпендикулярно направлению результирующей скорости резания V_е в кинематической системе (Р_vк);

· главная Р_n и вспомогательная плоскости резания, касательные к поверхности резания в рассматриваемых точках k и k ₁ на главной и вспомогательной режущих кромках, соответственно, и перпендикулярные к основной плоскости Р_v (см. рис. 1.7). В статической плоскости резания Р_nc расположен вектор скорости главного движения резания V, проходящий через точку k, а в кинематической Р_nк – вектор результирующей скорости резания V_e;

γк

Рnк

αк

αс

η

γс

η

Рvк

Рnc

Рnc

n, об/мин

Рvк

Рvс

Рvс

V

Ve

Рис. 1.6. Системы координат и координатные плоскости при точении канавки, отрезании и подрезании торца (в проекции на рабочую плоскость Р_s)

· рабочая плоскость Р_s – проведенная через рассматриваемую точку k, в которой расположены направления скоростей главного движения резания V и движения подачи V_s, перпендикулярно основной плоскости Р_v и параллельно вектору подачи S (см. рис. 1.7).

Поскольку углы, определяющие положение поверхностей лезвия в пространстве, являются двугранными, они измеряются в разрезах рабочей части резца секущими плоскостями, проведенными перпендикулярно к ребру угла, которым является режущая кромка. Главная секущая плоскость Р_t проводится перпендикулярно линии пересечения основной плоскости Р_v и главной плоскости резания Р_n в рассматриваемой точке k главной режущей кромки. Аналогично проводится вспомогательная секущая плоскость через рассматриваемую точку k ₁ на вспомогательной режущей кромке (см. рис. 1.7).

 

δ1

δ

α1

k

k 1

ε

γ1

λ

β1

γ

β

α

φ1

φ

 

Рис. 1.7. Координатные плоскости и геометрические параметры лезвия прямого проходного правого резца в статической системе координат при точении цилиндрической заготовки

В главной секущей плоскости P_t измеряют:

главный задний угол a – двугранный угол между главной задней поверхностью лезвия А_a (или касательной к ней) и главной плоскостью резания Р_n;

главный передний угол g – двугранный угол между передней поверхностью лезвия А_g (или касательной к ней) и основной плоскостью Р_v; если передняя поверхность А_g располагается выше основной плоскости Р_v, то угол g отрицателен (иногда на передней поверхности делают фаску f размерами от 0,1 до 1,0 мм с отрицательным передним углом).

главный угол заострения b – двугранный угол между передней А_g и главной задней А_a поверхностями лезвия (или касательными к ним, если эти поверхности криволинейны);

угол резания d – двугранный угол между передней поверхностью А_g лезвия и главной плоскостью резания Р_n, причем d = a + b.

Аналогичным образом измеряются углы a₁, b₁, g₁, d₁ во вспомогательной секущей плоскости (см. рис. 1.7).

В основной плоскости Р_v измеряют:

главный угол в плане j – угол между главной плоскостью резания Р_n и рабочей плоскостью Р_s, проведенными через точку k на режущей кромке;

вспомогательный угол в плане j₁ – угол между вспомогательной плоскостью резания и рабочей плоскостью Р_s, проведенными через точку k ₁;

угол в плане при вершине резца e – угол между главной К и вспомогательной К ₁ режущими кромками.

В главной плоскости резания Р_n измеряется угол наклона главной режущей кромки l – угол между главной режущей кромкой К и основной плоскостью Р_v. Угол l считается положительным, если все точки главной режущей кромки располагаются выше вершины резца. Для угла l₁ условия определения знаков изменяются на противоположные.

Между углами, измеряемыми в основной плоскости, существуют следующие зависимости:

a + b + g ³ 90°;	(1.1)
b = 90° – (a + g);	(1.2)
j + e + j1 = 180°.	(1.3)

В кинематической системе координат углы резца могут быть определены при известных статических углах по следующим формулам (см. рис. 1.6):

aк = ac – h;	(1.4)
gк = gc + h,	(1.5)

где h – угол скорости резания между направлениями скорости главного движения резания V и результирующей скорости резания V_е,

h = arctg(S о/p D),

(1.6)

где S _о – подача на оборот заготовки, мм/об;

D – диаметр обрабатываемой поверхности.

К геометрическим параметрам срезаемого слоя металла относятся толщина срезаемого слоя a и ширина срезаемого слоя b (см. рис. 1.7).

Воспроизвести заданные на чертеже углы, измеряемые в нормальных сечениях, на заточных станках невозможно. Заточные станки позволяют выставить углы только в продольном и поперечном сечениях резца, перпендикулярных к основной (опорной, проходящей через подошву резца) плоскости. Углы в этих сечениях связаны между собой соотношениями:

tg g пр = tg g cos j ± tg l sin j;	(1.7)
tg g п = tg g sin j ± tg l cos j;	(1.8)
tg a пр = tg a /cos j;	(1.9)
tg a п = tg a /sin j.	(1.10)

В формулах (1.7) и (1.8) верхние знаки применяют для положительных значений l, нижние – для отрицательных.

На угловые параметры резца влияет погрешность его установки на станке. Выдержать указанные на чертеже углы возможно, если вершину резца установить строго по высоте и перпендикулярно линии центров станка (по оси вращения заготовки). Если известна погрешность установки резца ± h относительно высоты центров станка, то фактические углы α и γ определяют по формулам:

a ф = aс ± arcsin(2 h / D);	(1.11)
g ф = gс ± arcsin(2 h / D).	(1.12)

Знаки «+» или «–» определяют по расчетной схеме.

Расчетная схема определения фактических углов резца с учетом погрешности его установки на станке приведена на рис. 1.8.

Рnф

Рvс

Рnc

Ve

V

Угловые параметры резца изменяются в результате образования нароста на передней поверхности, при износе поверхностей и режущих кромок лезвия в процессе резания.

γф

С

В

А

γс

αф

D

αс

Рnф

Рvф

Рvф

+ h

Рvс

Рnc

n, об/мин

 

Рис. 1.8. Расчетная схема определения фактических углов резца с учетом погрешности его установки на станке (+ h) по высоте центров

 

1.1.5. Влияние геометрических параметров резца на процесс резания

 

Задний угол α резца обеспечивает уменьшение трения главной задней поверхности лезвия о главную поверхность резания. Оптимальное значение заднего угла α при обработке стали для черновых резцов (S > 0,3 мм/об) составляет 8°, для чистовых (S > 0,3 мм/об) – 12°. Увеличение α сверх оптимального значения незначительно уменьшает трение между задней поверхностью резца и поверхностью резания детали, однако за счет уменьшения угла заострения b снижается прочность лезвия и ухудшаются условия теплоотвода в резец.

Передний угол γ резца в основном предназначен для уменьшения деформации стружки и обработанной поверхности, от его величины зависят значение и направление силы резания, температура, интенсивность вибрации и, следовательно, прочность и износостойкость лезвия. Увеличение угла g улучшает условия стружкообразования, однако уменьшает угол заострения b, что снижает прочность и износостойкость лезвия. Для обработки прочных сталей твердосплавными резцами на передней поверхности затачивается фаска шириной (0,3 – 0,5) S _o мм с передним углом по фаске g _ф, равным от –3 до –10°. Для обработки мягких сталей угол g равен 20 – 30°, сталей средней твердости g = 12 – 15°, чугуна g = 5 – 15°. Чем прочнее обрабатываемый материал, тем меньше угол g.

Главный угол в плане φ. С увеличением угла φ для заданных значений подачи S и глубины резания t увеличивается толщина срезаемого слоя a = S sin j и, соответственно, сила сопротивления подаче Р_x, однако при этом уменьшается ширина срезаемого слоя b = t /sin j и, соответственно, радиальная сила Р_y, вызывающая изгиб заготовки, и увеличивается шероховатость. Для черновой обработки жестких заготовок (при l £ 3 D) угол j равен 45 – 60°, для обработки нежестких деталей j = 90°. Чистовые резцы имеют угол j, равный 0 – 3°.

Вспомогательный угол в плане j₁ предусматривается для уменьшения трения вспомогательной режущей кромки об обработанную поверхность и составляет от 2 до 30°. Для чистовых резцов угол j₁ равен 1 – 2°. С увеличением радиуса r_в при вершине резца уменьшаются углы j и j₁.

Угол наклона главной режущей кромки l определяет направление схода стружки по передней поверхности лезвия резца. При черновой обработке положительный угол l повышает прочность лезвия и отклоняет стружку в сторону обработанной поверхности, что недопустимо при чистовой обработке, так как стружка царапает предварительно обработанную поверхность и снижает ее качество. Поэтому для чистовых резцов угол l имеет отрицательное значение, при котором сход стружки происходит в сторону обрабатываемой поверхности.

Образующаяся при обработке большинства сталей сливная стружка сходит в виде длинных полос или спирали и наматывается на механизмы станка, инструмент и заготовку. Это затрудняет эксплуатацию станка, может вызвать травму рабочего, повреждение обработанной поверхности, поэтому для получения устойчивого стружкодробления на передней поверхности резца затачивают специальные канавки и уступы вдоль главной режущей кромки.

 

1.2. Порядок выполнения работы и содержание отчета

 

1) В соответствии с заданием, выданным преподавателем, выполнить эскиз резца с обозначением элементов конструкции и размеров: H, B, L, E, h, l ₁, l ₂, s, l (см. рис. 1.4), дать им определения, указать назначение резца и материал режущей части с его краткой характеристикой.

2) Привести схему обработки детали соответствующим резцом с указанием направлений главного движения и движения подачи, поверхностей обработки. В соответствии с заданием указать на схеме значение подачи S _о, глубины резания t, размеров поверхностей D₁ и D₂, толщины а и ширины b срезаемого слоя. Дать им определения.

3) На схеме изобразить проекции координатных плоскостей P_v, P_n, , P_t, , P_s в статической системе координат и дать им определения. Построить разрезы рабочей части резца в главной и вспомогательной секущих плоскостях. Обозначить геометрические параметры резца и дать им определения, руководствуясь примером, приведенным на рис. 1.7.

4) Ознакомиться с конструкцией угломеров и методикой измерения углов резца. Замерить углы a и g в главной секущей плоскости, используя вертикальную шкалу угломера, которая при измерении устанавливается перпендикулярно главной режущей кромке резца (следу главной плоскости резания P_n). Замерить углы j и j₁ в основной плоскости, используя горизонтальную шкалу угломера. Резец при измерении прижимается боковой поверхностью державки к направляющей планке. Замерить угол наклона l главной режущей кромки, используя вертикальную шкалу с указателем, имеющим измерительную плоскую поверхность. Остальные угловые параметры определить по формулам (1.1) – (1.3).

5) В соответствии с исходными данными задания построить расчетные схемы, аналогичные схемам, приведенным на рис. 1.6 и 1.8. Определить значения кинематических углов a_к и γ_к по формулам (1.4) и (1.5), главных углов a_пр, a_п, γ_пр и γ_п в продольном и поперечном сечениях по формулам (1.7) – (1.10), фактических углов a_ф и γ_ф при заданной погрешности установки h по формулам (1.11) и (1.12). По результатам расчетов сделать выводы о влиянии кинематики резания и погрешности установки на значения фактических углов.

 

1.3. Контрольные вопросы

 

1) По каким признакам определяют положение передней и задней поверхностей лезвия резца и его режущих кромок?

2) Как классифицируются токарные резцы по видам выполняемых работ?

3) Как и в какой координатной плоскости измеряются передний и задний углы резца, углы в плане и угол наклона режущей кромки?

4) Почему с увеличением скорости движения подачи уменьшается фактическое значение главного заднего угла?

5) С какой целью производят заточку лезвия резца по передней и задней поверхностям?

 

Лабораторная работа 2

 

ОСЕВОЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ

 

Цель работы: ознакомиться с классификацией, конструкцией и назначением основных типов осевого инструмента, получить навыки в измерении их конструктивных параметров и выборе варианта технологического процесса обработки отверстия.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: