Части, конструктивные элементы и углы лезвия резца

Токарный проходной резец состоит из лезвия (режущей части) 2 и стержня 1 (рис. 1.26, б).

Рис. 1.26. Схема точения (а), токарный проходной резец (б)

На лезвии резца различают следующие конструктивные элементы:

– переднюю поверхность 8, по которой при резании движется стружка;

– главную заднюю поверхность 3, контактирующую с поверхностью резания на заготовке;

– вспомогательную заднюю поверхность 5, обращенную к обработанной поверхности на заготовке;

– главную режущую кромку 4, образованную пересечением передней и главной задней поверхностей лезвия резца;

– вспомогательную режущую кромку 6, образованную пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей резца;

– вершину резца 7, являющуюся местом пересечения главной и вспомогательной режущих кромок.

Стержень резца 1 служит для его закрепления на станке. Для этого резец устанавливают плоскостью Р_б, называемой установочной, в резцедержателе станка и закрепляют не менее чем двумя болтами.

Прочность, износ, стойкость, а в целом работоспособность резца, зависят от расположения поверхностей и кромок лезвия относительно друг друга и заготовки. Это расположение принято определять геометрическими элементами, т. е. углами их наклона в одной из трех систем прямоугольных координат: инструментальной, статической и кинематической.

Инструментальная система координат применяется для определения углов резца как материального тела при его изготовлении, переточке и контроле. В данной работе эта система не рассматривается.

Статическая система координат используется для приближенных расчетов углов резца в процессе резания и для учета изменения этих углов после установки инструмента на станке (рис. 1.27). Из всех видов движения резания в этой системе учитывается только главное движение резания D _г.

Рис. 1.27. Углы токарного проходного резца

Обозначения координатных плоскостей и углов лезвия в статической системе координат имеют индекс «c». В состав системы входят три взаимно перпендикулярные координатные плоскости: основная Р_Jс, плоскость резания P_nc и главная секущая плоскость P_tc.

Начало статической системы координат помещают в рассматриваемую точку A главной режущей кромки, а координатные плоскости этой системы ориентируют в пространстве следующим образом. Основная плоскость проходит через точку A главной режущей кромки перпендикулярно вектору скорости J главного движения резания. Плоскость резания совмещена с вектором скорости J и касается в точке А поверхности резания на заготовке. Главная секущая плоскость проходит через точку А перпендикулярно двум рассмотренным координатным плоскостям.

Для определения угла наклона вспомогательной задней поверхности лезвия используют дополнительно к ранее перечисленным вспомогательную секущую плоскость P_tc^', проводимую через точку Б вспомогательной режущей кромки перпендикулярно проекции этой кромки на основную плоскость P_Jc.

Кинематическая система координат позволяет рассчитывать углы лезвия резца с учетом всех движений резания (D _г и D_s), используемых при обработке заготовки. Начало координат этой системы также, как и статической, помещают в точку А главной режущей кромки. Вторую координатную плоскость (плоскость резания) в этой системе совмещают с вектором результирующей скорости резания.

Углы резца в данной работе рассматриваются в статической системе координатных плоскостей. Поэтому все они получили название статических углов. Для упрощения названия в дальнейшем слово «статический» будет опускаться.

В главной секущей плоскости Р_tс определяют передний угол g_с, главный задний угол a_c и угол заострения b_c.

Главный задний угол a_c – угол в главной секущей плоскости P_tc между главной задней поверхностью лезвия резца и плоскостью резания. Он служит для уменьшения трения между главной задней поверхностью резца и поверхностью резания на заготовке. Однако чрезмерное увеличение заднего угла приводит к снижению прочности лезвия. Поэтому обычно главный задний угол резца принимают в пределах 6–12 градусов. Для обработки вязких материалов и при точении с тонкими стружками применяют резцы с большими углами a_с. При резании твердых и хрупких материалов выбирают меньшие из ранее указанных значений главного заднего угла.

Передний угол g_с – угол в главной секущей плоскости P _tc между передней поверхностью лезвия резца и основной плоскостью P_Jc. Различают положительный передний угол (передняя поверхность направлена вниз от основной плоскости), угол равный нулю (передняя поверхность параллельна основной плоскости) и отрицательный передний угол (передняя поверхность направлена вверх от основной плоскости).

С увеличением переднего угла облегчается врезание резца в металл, уменьшается деформация срезаемого слоя, облегчается сход стружки, уменьшаются силы резания и расход энергии. Вместе с тем, увеличение переднего угла приводит к уменьшению прочности лезвия резца. Поэтому при использовании хрупких инструментальных материалов (твердые сплавы, минералокерамика, алмазы и др.) для повышения прочности и стойкости инструмента применяют отрицательные и нулевые передние углы, а при работе инструментом из быстрорежущих сталей, обладающих большей ударной вязкостью, – положительные передние углы (10–30 град.).

Угол заострения b_с – угол в главной секущей плоскости Р_tc между передней и главной задней поверхностями резца. Уменьшение угла b_c приводит к ослаблению лезвия и снижению прочности резца, а также к ухудшению отвода тепла из зоны режущих кромок.

Между рассмотренными тремя углами существует следующая зависимость:

a_с + b_с + g_с = 90⁰. (1.16)

Существенное влияние на процесс резания оказывает и вспомогательный задний угол a_с¢;, измеряемый во вспомогательной секущей плоскости P_tc^'. Этот угол располагается между вспомогательной задней поверхностью резца и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости резца. Угол a_с¢ служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности резца по обработанной поверхности заготовки. Обычно принимают a_c¢ = a_c.

Кроме рассмотренных углов, резец имеет углы в плане j_c и j_c¢, угол при вершине e_c, а также угол наклона главной режущей кромки l_c.

Главный угол в плане j_с – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость резца P_Jc и направлением движения подачи. С уменьшением угла j_c увеличивается длина активной части режущей кромки, что улучшает отвод теплоты из зоны обработки и уменьшает износ инструмента. Однако при слишком малом значении угла j_с резко возрастает отжим резца от заготовки и возникают вибрации, ухудшающие качество обработанной поверхности. Поэтому в зависимости от вида обработки, типа резца и жесткости технологической системы угол j_с обычно выбирают в пределах 30–90 градусов.

Вспомогательный угол в плане j_с¢; – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость P_Jc и направлением, обратным направлению подачи D _s. Угол j_с¢ служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности резца по обработанной поверхности заготовки. Для проходных резцов, обрабатывающих жесткие заготовки, угол j_с¢ = 5–10⁰, при обработке нежестких заготовок его принимают в пределах 30–45 градусов.

Угол при вершине e_с – угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость P_Jc.

Рассмотренные углы связаны между собой зависимостью

j_с + j_с¢ + e_с = 180⁰ . (1.17)

Углом наклона главной режущей кромки l_с называют угол в плоскости резания P _nc между главной режущей кромкой и основной плоскостью P_Jc. Он считается положительным (см. рис. 1.26, б), когда вершина резца является низшей точкой режущей кромки; отрицательным, когда вершина резца будет высшей точкой режущей кромки; равным нулю, если главная режущая кромка параллельна основной плоскости. Угол l_с служит для отвода стружки в направлении к обработанной (l_с > 0⁰) или обрабатываемой (l_с < 0⁰) поверхности. Кроме того, положительный угол l_с упрочняет вершину инструмента. Поэтому при черновой обработке и резании твердых материалов необходимо углу l_с придавать положительные значения (15–20 град.). При чистовой обработке для предотвращения царапания стружкой обработанной поверхности рекомендуют использовать резцы с отрицательными значениями этого угла.