4. Конструктивно-геометрические параметры режущей части инструмента

4.1. Конструктивные элементы инструмента

Каждый режущий элемент имеет переднюю поверхность и одну или несколько задних поверхностей, из которых одна называется главной задней поверхностью, а остальные - вспомогательными задними поверхностями. Передняя поверхность обращена походу относительного рабочего движения в сторону срезаемого слоя на обрабатываемой заготовке. По передней поверхности перемещается образовавшаяся при резании стружка. Задние поверхности, главная и вспомогательная, обращены в сторону поверхности резания и обработанной поверхности. Передняя и задняя поверхности ограничивают материальное тело каждого элемента режущей части инструмента.

Передняя и задняя поверхности, взаимно пересекаясь, образуют соответственно главную и вспомогательную режущие кромки. Точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок носит название вершины режущей части. Режущие кромки и примыкающие к ним контактные поверхности на передней и задней поверхности в совокупности образуют лезвия, также, соответственно, называемые главным лезвием и вспомогательными лезвиями. Преодолевая сопротивление, лезвия врезаются в металл заготовки и на всем пути относительного рабочего движения срезают с нее впереди лежащий слой металла, превращая его в стружку. На всех инструментах лезвия в поперечном сечении имеют форму клина, с одной стороны ограниченного передней, а с другой - задней поверхностью.

Рис.14. Конструктивные элементы режущей части резца

Режущая часть токарного проходного резца (рис. 14) состоит из передней поверхности (контур 1-2-5-4-3-1), главной задней поверхности (контур 1-2-6-7-1) и вспомогательной задней поверхности (контур 1-3-8-7-1). Передняя и главная задняя поверхности в пересечении образуют главную режущую кромку (линия 1-2), а передняя и вспомогательная задняя поверхности - вспомогательную режущую кромку (линия 1-3). Главная и вспомогательная кромки, пересекаясь, образуют вершину резца (точка 1). Основную работу, связанную со срезанием припуска, выполняет главное лезвие, состоящее из главной режущей кромки и примыкающих к ней контактной площадки (заштрихованный контур 1-2-9-10-1) на передней и контактной площадки (заштрихованный контур 1-2-11-12-1) на задней поверхностях. Длина главного лезвия всегда больше вспомогательных.

4.2. Геометрические параметры режущей части

Положение передних и задних поверхностей, главных и вспомогательных режущих кромок, образующих режущие элементы (зубья), координируется относительно корпуса инструмента системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами.

Для определения геометрии инструмента введены понятия условных систем координат и плоскостей, а также видов движений, связывающих инструмент и обрабатываемую заготовку.

При срезании припуска с заготовки и превращении ее в готовое изделие режущий инструмент и заготовка совершают рабочие движения. По ГОСТ 25762-83 различают следующие виды движений (рис. 15):

главное движение резания Dr - прямолинейное поступательное и вращательное движение заготовки или режущего инструмента, проходящее с наибольшей скоростью V в процессе резания.

Движение подачи Ds - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого Vs меньше скорости главного движения резания, предназначено для того, чтобы обеспечить отделение срезаемого слоя материала на всю обрабатываемую поверхность.

Рис.15. Элементы движений в процессе резания:

1-направление скорости результирующего движения; 2 - направление скорости главнсго движения; 3- рабочая плоскость Рs; 4-рассматриваемая точка; 5- направление скорости движения подачи

Поверхность резания R на заготовке образуется совокупностью траекторий результирующего движения резания всех точек главной режущей кромки, участвующих в процессе резания.

Результирующее движение резания- суммарное движение Ve режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение резания, движение подачи и касательное движение .

Оптимизация процесса резания предполагает назначение величины углов инструмента в зависимости от конкретных свойств обрабатываемого материала с учетом прочностных свойств инструментального материала и специфики относительных рабочих движений заготовки и режущего инструмента.

Различают кинематические углы инструмента (рис.16), измеряемые в кинематической системе координат (прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости Ve результирующего движения резания), и статические углы инструмента (рис.17а),измеряемые в статической системе координат (прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости главного движения резания).

Используемые условные плоскости:

Основная плоскость (статическая Рvc и кинематическая Рvk) - координатная плоскость, проведённая через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного или результирующего движения в этой точке (соответственно в статической системе координат).

Плоскость резания (статическая Pnc или кинематическая Pnk) - координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости (статической Pvc или кинематической Рvk).

Рабочая плоскость Рs - плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения резания и движения подачи.

Рис.16. Геометрические параметры резца в статической системе координат

4.2.1 Кинематические и статические углы режущего инструмента (по ГОСТ 25762-83)

Кинематические углы.

Кинематический главный задний угол a_к - угол в кинематической главной секущей плоскости Ртк между задней поверхностью лезвия и кинематической плоскостью резания Рпк.

Кинематический главный передний угол g_к - угол в кинематической главной секущей плоскости - Ртк между передней поверхностью лезвия и кинематической основной плоскостью Рvк.

Кинематический угол наклона режущей кромки l_к - угол в кинематической плоскости резания Рпк между режущей кромкой и кинематической основной плоскостью Рvк.

Кинематический главный угол в плане j_к - угол в кинематической основной плоскости Рvк между кинематической плоскостью резания Рпк и рабочей плоскостью Рs.

Кинематический главный угол заострения b_к - угол в кинематической главной секущей плоскости Ртк между передней и задней поверхностями лезвия.

Статический главный задний угол a_c - угол в статической главной секущей плоскости Ртс между задней поверхностью лезвия и статической плоскостью резания Рnс. Задний угол определяет стойкость инструментов и возможность срезания припуска поэтому всегда >0. Обычно a с >2,5 ...3, при средних значениях: a с =2,5 ...12. Большие величины назначаются при обработке вязких, пластичных материалов, а также при небольшой глубине резания t. Hа калибрующей части некоторых инструментов допускается ленточка с a с=0.

Статический главный передний угол g_c - угол в статической главной секущей плоскости Ртс между передней поверхностью лезвия и статической плоскостью Рvc. Передний угол можно изменить в пределах 0< g c<0, при средних численных значениях g c=15 ...(-15). Большие величины назначаются при обработке с небольшими силами резания пластичных, мягких материалов.

Статический угол наклона режущей кромки l_c - угол в статической плоскости резания Рnc межу режущей кромкой и статической основной плоскостью Рvc. Угол наклона режущей кромки может изменяться в пределах 0< lс <0, при средних значениях lс=5...(-5). Выбор величины угла зависит от вида операции (черновая, чистовая), т.к. этот угол определяет направление движения и форму стружки, а также от физико-механических свойств обрабатываемого материала (выше прочность и твердость - больше угол).

Статический главный угол в плане j_c - угол в статической основной плоскости Рvc между статической плоскостью резания Рnc и рабочей плоскостью Рs. Главный угол в плане определяет площадь сечения срезаемого слоя, величины составляющих сил резания P и шероховатость обработанной поверхности. Средние значения jс =45...95 . Выбор оптимальной величины зависит от типа инструмента, режимов резания, требований к качеству обработанной поверхности и других факторов.

Статический главный угол заострения b_c - угол в статической главной секущей плоскости Ртc между передней и задней поверхностями лезвия. Угол заострения определяет прочность инструмента на изгиб в районе главной режущей кромки (под действием силы резания). Обычно, bс=45 , при средних значениях bс=45 ...65. Большие величины назначаются при обработке высокопрочных материалов.

Кроме перечисленных выше главных углов существенное влияние на процесс резания оказывают:

1. вспомогательный угол в плане j₁ - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и рабочей плоскостью. Вспомогательный угол в плане влияет, в основном, на износ инструмента и шероховатость обработанной поверхности. Средние значения j₁=15 ...60 и выбираются в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий резания;
2. угол при вершине e - угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость. Угол при вершине определяет прочность на изгиб при вершине инструмента от действия силы резания. Обычно, e=55 ...65 .

Общим для всех геометрических параметров инструмента является то, что выбор их величины будет всегда связан с физико-механическими свойствами материалов режущей части и обрабатываемого. Геометрические параметры инструментов задаются или выбираются по справочной литературе в статической системе координат. При этом индекс "с" в обозначении углов инструмента не указывается.

В любой системе координат и независимо от видов механической обработки сохраняются следующие соотношения между геометрическими параметрами инструмента:

a +b +g = d +g = 90⁰

j +e +j₁ = 180⁰

4.2.2. Основные факторы, влияющие на изменение геометрии режущего инструмента относительно статически заданных величин.

При выполнении инструментом своих функций может происходить изменение геометрических параметров по субъективным или объективным факторам.

При субъективном влиянии на геометрию инструмента стремятся:

1. изменить задний a или передний g углы. Например, возможна установка вершины инструмента выше центра детали. Тогда при обработке наружных поверхностей увеличивается передний g и уменьшается задний a углы, а для внутренних поверхностей: передний g - уменьшается, задний a - увеличивается. При установке вершины ниже центра происходит обратное изменение углов относительно рассмотренных.
2. изменить главный j и вспомогательный j ₁ углы в плане, изменяя положение главной режущей кромки относительно рабочей плоскости P_S при установке инструмента.

По аналогичной схеме, изменяя положение режущей кромки при установке инструмента, можно изменить и величину угла l .

Объективное изменение геометрии инструмента происходит в кинематике (в процессе резания):

1. в зависимости от изменения величины скорости резания V, подачи S и диаметра обрабатываемой детали D. В этом случае углы в главной секущей плоскости P_Т рассматриваются в кинематической системе координат, в которой кинематическая плоскость резания Pnк отклоняется от статической Pnс на угол h и, соответственно изменяются величины углов a _К, g _К. При этом величины углов могут быть определены по следующим зависимостям:

 a _К = a _С - h ; g _К = g _C + h ; h = arctg nS/(1000V) = arctg S/(p D)

 Уменьшение угла учитывают только при работе с большими подачами S.


Изменение углов a и g в процесса резания
2. в зависимости от формы обрабатываемой поверхности, когда происходит изменение траектории движения инструмента и, следовательно, положение рабочей плоскости Ps. В этом случае может происходить увеличение или уменьшение углов в плане j и j ₁. Такую ситуацию необходимо учитывать при обработке деталей на станках с ЧПУ и копировальных станках, т.к. возможно появления углов j и j ₁ близких к нулю или отрицательных. Следует учитывать, что на участках "подъема" детали (когда радиус обрабатываемой поверхности r_i увеличивается) кинематический главный угол в плане j _Ki - уменьшается, а на участках - "спада" (когда радиус обрабатываемой поверхности r_j уменьшается) происходит увеличение главного угла в плане j _Kj.

Изменение углов j и j₁ в процесса резания
3. в зависимости от конструктивных особенностей режущего инструмента: на фасонных резцах или инструментах, обрабатывающих сложные по форме поверхности, возможны отрицательные задние a и передние g углы в различных точках режущей кромки; на резцах со сменными многогранными пластинками обеспечивают в автоматическом или полуавтоматическом режимах регулирование углов в плане j и j ₁ при обработке поверхностей сложного профиля.