Конструктивные параметры режущей части токарного резца. Элементы резца и его углы в секущих плоскостях. Основные части и элементы токарного резца

У резца различают главные углы, вспомогательные углы и углы в плане.

Главные углы измеряются в сечении главной секущей плоскости А-А (рис. 13), которая перпендикулярна к проекции главной режущей кромке на основную плоскость.

g - главный передний угол – угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания.

Рисунок 7 – Элементы резца Рисунок 8 – Поверхности и плоскости

при токарной обработке

Рисунок 9 – Углы токарного резца

С увеличением угла g инструмент легче врезается в материал, снижается сила резания и расход мощности, повышается качество обрабатываемой поверхности. С другой стороны чрезмерное увеличение угла g снижает прочность главной режущей кромки и увеличивает ее износ. Величина g обычно составляет 0 - 15 о, а при обработке твердых материалов и ударных нагрузках передний угол может быть отрицательным и достигать – 10 о.

a  – главный задний угол – угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания. Угол a предназначен для уменьшения трения между главной задней поверхностью и поверхностью резания, что снижает износ инструмента. Чрезмерное увеличение угла приводит к снижению прочности режущего лезвия. Обычно он составляет 6 – 12 о.

b – угол заострения (угол клина), находится между передней и главной задней поверхностью резца (a +b +g = 90 о).

d - угол резания , находится между передней поверхностью и плоскостью резания (d = a + b ).

Вспомогательные углы определяются в сечении вспомогательной секущей плоскостью Б-Б, которая проходит перпендикулярно к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

a 1 - вспомогательный задний угол , который находится между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости. Угол уменьшает трение между вспомогательной задней поверхностью резца и обработанной поверхностью заготовки. Он составляет обычно 3 – 5°.

К вспомогательным углам относят обычно угол наклона главной режущей кромки l , который определяется между главным режущим лезвием и плоскостью, проходящей через вершину резца параллельно основной плоскости (рис. 14). Угол определяет направление схода стружки и колеблется от + 5 о до - 5 о. Если l = 0, стружка сходит по оси резца, если l < 0 – стружка сходит в направлении подачи, при l > 0 стружка сходит в направлении, обратном направлению подачи. Направление схода стружки существенно при работе на станках-автоматах. С увеличением l качество обработанной поверхности ухудшается.

Рисунок 10 – Углы наклона главной режущей кромки

Углы в плане определяются в основной плоскости на виде сверху.

j - главный угол в плане - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. С уменьшением j  шероховатость обработанной поверхности уменьшается. Одновременно уменьшается толщина и увеличивается ширина срезаемого слоя, что снижает износ инструмента, однако возможно возникновение вибрации в процессе резания и снижение качества обработанной поверхности. Угол j изменяется в широком диапазоне от 0 о до 95 о.

j 1 – вспомогательный угол в плане – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратном движению подачи. С уменьшением угла j 1 шероховатость уменьшается, увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ. У проходных резцов угол j 1 составляет обычно 10 о -30 о.

e - угол при вершине - угол между проекцией главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость (j +j 1 +e =180 о).

Из рассмотренных углов только b , l иe являются постоянными и не зависят от установки резца. Остальные углы изменяются по величине в зависимости от положения вершины резца относительно центров станка (a, a 1 , j ) или поворота резца в резцедержателе (j, j 1 ).

Режущее лезвие резца не всегда прямолинейно. Для обработки фасонных поверхностей, а иногда и в других случаях, главное режущеелезвие делается криволинейным.

Передняя поверхность резца может иметь три формы (рис. 15): плоскую без фаски, рекомендуемую при обработке серого чугуна, однако она может быть использована и для других материалов (см. рис. 15 а); плоскую с фаской - при токарной обработке стали с большими подачами (см. рис. 15 б); криволинейную с фаской - для резцов всех типов при обработке пластичных материалов (см. рис. 15 в).

Форма головки резца, величина углов, форма передней поверхности и режущего лезвия, размеры сечения резца существенно отражаются на процессе резания. Они влияют на величину сил, температуру резца, что, в свою очередь, должно учитываться при определении режимов резания.

Рисунок 11 – Форма передней поверхности резца

Под геометрическими параметрами резца понимают значение углов, определяющих взаимное расположение элементов рабочей части резца (передней и задних поверхностей и лезвий резца). Геометрические параметры резца называют углами заточки или геометрией резца. Геометрию резца принято рассматривать в статическом положении резца (углы заточки резца) и в процессе резания (углы резания). При обычных условиях точения различия между углами заточки и углами резания невелики. Однако при обработке крупных резьб, спиралей разница в углах существенна и при назначении углов резца это необходимо учитывать. Для определения углов заточки резца по ГОСТ вводятся следующие понятия: основная плоскость, плоскость резания, главная и вспомогательная секущие плоскости.

ОСНОВНАЯ ПЛОСОКСТЬ Р-Р (рис. 1.5) проводится через рассматриваемую точку параллельно направлению продольной и поперечной подачи.

ПЛОСКОСТЬЮ РЕЗАНИЯ называется плоскость, касательная к поверхности резания, проходящая через прямолинейное главное лезвие и перпендикулярная к основной плоскости.

ГЛАВНОЙ СЕКУЩЕЙ называется плоскость N - N , перпендикулярная к направлению главного режущего лезвия.

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ СЕКУЩЕЙ называется плоскость N 1 - N 1 , перпендикулярная к направлению вспомогательного режущего лезвия.

Углы резания, измеренные в главной секущей плоскости называются ГЛАВНЫМИ УГЛАМИ резца.

ГЛАВНЫМ ЗАДНИМ углом a называется угол между главной задней поверхностью рабочей части резца и плоскостью резания. Этот угол в основном служит для уменьшения трения поверхности резания о главную заднюю поверхность рабочей части резца и назначается в пределах от 16 О
до 12 О. Величина главного заднего угла зависит от свойств обрабатываемого материала и условий механической обработки. Задний угол a всегда должен быть положительным. Даже при a =0 тело вращения заготовки будет пересекать сечение инструмента.

ПЕРЕДНИМ УГЛОМ g называется угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания. Выбор величины переднего угла g производится, исходя из условий обработки и физико-механических свойств обрабатываемого материала. При увеличении g облегчается резание, снижаются силы трения, уменьшаются деформации срезаемого слоя и расход энергии, улучшается качество обработанной поверхности. Но чрезмерное увеличение переднего угла приводит к уменьшению прочности режущего клина, ухудшению отвода тепла из зоны резания, уменьшению износостойкости резца.

УГЛОМ ЗАОСТРЕНИЯ b называется угол между передней и главной задней поверхностью резца.

УГЛОМ РЕЗАНИЯ d называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания. По рис. 1.5: a +b =d ; a +b +g =p /2; d =(p /2)-g .

Вспомогательные углы резца a 1 ; b 1 ; g 1 измеряются во вспомогательной секущей плоскости N 1 - N 1 и определяются также как и главные.

ГЛАВНЫМ УГЛОМ в плане j называется угол между направлением подачи и проекцией главного режущего лезвия резца на основную плоскость.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ УГЛОМ в плане j 1 называется угол между направлением подачи и проекцией вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость.

УГЛОМ ПРИ ВЕРШИНЕ РЕЗЦА e называется угол между проекциями режущих лезвий резца на основную плоскость.

Между углами в плане j ; j 1 ; e существует зависимость: j +j 1 +e =180 О.

Главный и вспомогательный (j и j 1) углы в плане резца оказывают большое влияние на соотношение осевой и радиальной составляющих усилия резания, условия отвода тепла и качество обработанной поверхности.

Уменьшение главного угла в плане j и вспомогательного j 1 , приводит к снижению шероховатости обработанной поверхности, как это следует из рис. 1.6. и соотношения:

где: Rz - высота микронеровностей на обработанной поверхности, мкм.

Но при малых значениях j и j 1 возрастает радиальная сила резания и снижается точность обработки. Увеличение угла j уменьшает величину радиальной силы резания и поэтому при обработке нежестких валов рекомендуется применять резцы с j = 90°. Рекомендуемые величины углов j и j 1 приведены в табл. 1.2.

УГЛОМ НАКЛОНА РЕЖУЩЕГО ЛЕЗВИЯ КРОМКИ РЕЗЦА l называется угол между режущим лезвием резца и основной плоскостью, проведенной через вершину резца. Угол l положителен, если вершина резца является наиболее низкой точкой главной режущей кромки и отрицательным- если вершина является наивысшей точкой режущей кромки.

При чистовой обработке угол наклона главного режущего лезвия рекомендуется назначать отрицательным.

Положительный угол наклона главного режущего лезвия делает режущую часть резца более массивной и стойкой, поэтому положительные углы наклона главного режущего лезвия резца рекомендуется назначать для черновых операций и при обработке прерывистых поверхностей. В процессе резания при наличии движения подачи плоскость резания меняет свое положение, а вершина резца может быть смещена относительно оси вращения заготовки. Поэтому фактические углы резца при резании зависят от кинематики процесса, относительного расположения вершины резца и оси вращения заготовки, а также величины износа передней и задней поверхностей рабочей части резца.

Расположение вершины резца ниже оси вращения заготовки при наружном точении приводит к уменьшению переднего угла и к увеличению заднего угла резца, а при расположении вершины резца выше оси вращения заготовки- к увеличению переднего угла и уменьшению заднего угла (рис. 1.6).

Из рис. 1.6. фактический задний угол a ф:

где: Δa уст - погрешность, возникающая из-за относительного смещения вершины резца и оси вращения заготовки; a кин –кинетический задний угол.

, (1.6)

Смещение вершины резца относительно оси вращения заготовки допускается в пределах (0,02 - 0,03)D. Например, при обточке валика диаметром 20 мм резцом с j = 45 О, расположенным выше оси вращения на 0,03 D, (т.е. на 0,6 мм) погрешность угла составляет около 2°, а при расположении резца выше оси вращения заготовки на 2 мм, эта погрешность углов уже составила 8°, что недопустимо – главный задний угол a окажется равным нулю или даже отрицательным.

Рисунок 1.6. Изменения переднего и главного заднего углов при установке резца ниже (а ) и выше (б ) линии центров.

Вследствие наличия двух движений – вращения заготовки и продольной подачи главное режущее лезвие резца образует на поверхности детали винтовую поверхность резания. Фактическая плоскость резания, является касательной к винтовой поверхности резания, отклоняется от теоретической плоскости резания, что приводит к возникновению кинематической погрешности главного заднего угла.

Величина угла Δa к определяется из формулы:

(1.7)

где: S - величина подачи угла; D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

При точении и растачивании величина подачи S мала по сравнению с обрабатываемым диаметром, угол Δa к весьма незначителен (1 О) и поправкой можно пренебречь. Но при нарезании резьбы с крупным шагом, нарезании многозаходных резьб или при точении с большими подачами величина угла Δa к достигает больших значений и поправку следует учитывать.

Передний угол оказывает большое влияние на виброустойчивость резца, которая резко снижается с уменьшением его величины (от нуля и ниже). Поэтому во избежание появления вибраций необходимо принимать передний угол 15-25°, причем обычно он делается равным углу врезания пластинки.

В целях обеспечения завивания стружки и благоприятного отвода ее, рекомендуется переднюю поверхность резца делать или криволинейной, или с лункой. Для упрочнения главной режущей кромки целесообразно предусмотреть ленточку шириной 0,2-0,3 мм с отрицательным передним углом -3 — 5°. Однако не следует забывать, что такая ленточка допустима только при наличии достаточно жестких условий работы резца. 15 случае, если условия жесткости не позволяют применять упрочняющую ленточку с отрицательным углом, рекомендуется делать ее с положительным углом 5° для твердых и 10° для мягких и вязких материалов.

Упрочняющая ленточка при небольшой ее ширине не оказывает влияния на величину сопротивления резанию, так как центр давления стружки выходит за границу ленточки в зону криволинейной передней поверхности, снабженной большим передним углом.

Рисунок 1 — Углы отрезного резца

В практике встречаются отрезные резцы, у которых передняя поверхность оформляется в виде двухгранного угла (рис. 1, б). Плоскости его наклонены к опорной плоскости под углом μ = 10÷15°. Линия пересечения этих плоскостей расположена параллельно опорной плоскости. Такая конструкция способствует лучшему врезанию резца в заготовку.

Задний угол

Задний угол главной режущей кромки принимается равным 8º но пластинке и 12° по державке.

На рис. 7.3 представлена классификация резцов. Наиболее распространенным инструментом для резания металла является токарный резец (рис. 7.4), который состоит из стержня 7 (или державки) и рабочей части - головки 6. Стержень служит для закрепления резца в резцедержателе станка. На рабочей части резца имеются режущие элементы: передня поверхность 5, по которой сходит стружка при резании, и две задние поверхности - главная 8 и вспомогательная 1.

Передняя и главная задняя поверхности образуют главную режущую кромку 2, выполняющую основную работу при резании.

Передняя и вспомогательная задняя поверхности образуют вспомогательную режущую кромку 4, а все три поверхности - вершину 3 резца.

Режущие свойства резца в значительной мере зависят от углов его заточки.

Рис. 7.3.

Рис. 7.4. Токарный резец: / - вспомогательная задняя поверхность; 2 - главная режущая кромка; 3 - вершина резца; 4 - вспомогательная режущая кромка; 5 - передняя поверхность; 6 - рабочая часть; 7 - стержень; 8 - главная задняя поверхность

Для определения параметров резца устанавливают координатные плоскости - плоскость резания (ПР) и основную плоскость (ОП) (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Параметры токарного резца: / - обрабатываемая поверхность; II - обработанная поверхность; III - поверхность резания; ОП - основная плоскость;

ПР - плоскость резания

Плоскость резания проходит через главную режущую кромку касательно к поверхности резания.

Основная плоскость проходит параллельно продольной и поперечной подачам.

Параметры резца, как правило, рассматриваются в плане (вид на резец и деталь сверху) и в секущих плоскостях.

Главной секущей плоскостью называется плоскость, перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Вспомогательная секущая плоскость перпендикулярна к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

Главные углы резца лежат в главной секущей плоскости. Главный задний угол а - угол между плоскостью резания и главной задней поверхностью.

Главный передний угол у - угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания. Он может быть положительным и отрицательным.

Угол заострения р - угол между передней и главной задней поверхностями.

Угол резания 5 - угол между плоскостью резания и передней поверхностью резца.

При положительном значении угла у существуют зависимости:

а + р + у = 90;

• 5 + у = 90;
• 5 = 90 - у;
• 5 = а + р.

Во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость, располагаются вспомогательный задний а! и вспомогательный передний у, углы.

Главный угол в плане (р - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

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

Угол при вершине резца (а) - угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.

Угол наклона главной режущей кромки X - угол между режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

Все перечисленные выше углы имеют определенное значение:

• угол а определяет степень трения между обрабатываемой поверхностью заготовки и главной задней поверхностью резца. Его величина находится в пределах 4-15°, в большинстве случаев он равен 8°. Увеличение угла а приводит к некоторому уменьшению деформации срезаемого слоя и уменьшению силы резания;
• с увеличением главного угла ср увеличивается толщина срезаемого слоя;
• угол у оказывает решающее влияние на образование и сход стружки. С его увеличением инструмент легче врезается в материал, снижаются силы резания, улучшается качество поверхности, но повышается износ инструмента;
• угол е в значительной степени влияет на стойкость резца: чем больше его значение, тем больше (при прочих равных условиях) стойкость резца;
• угол X определяет отвод стружки в ту или другую сторону. Для черновых резцов значение его находится в пределах от О до +10°, для чистовых - от 0 до -3°.

Режущая часть резца имеет форму клина, заточенного под определенным углом. Для определения углов резца устанавливаются исходные плоскости: плоскость резания и основная плоскость.

Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку (рис. 6); на рис. 7 показан след этой плоскости.

Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольному (параллельно оси заготовки) и поперечному (перпендикулярно к оси заготовки) перемещению. У токарных резцов с призматическим телом за эту плоскость может быть принята нижняя (опорная) поверхность резца (см. рис. 5 и 6).

Главные углы резца измеряются в главной секущей плоскости , т. е. в плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на основную плоскость. К главным углам резца относятся задний угол, угол заострения, передний угол и угол резания (см. рис. 7).

Главным задним углом α называется угол между касательной к главной задней поверхности резца в рассматриваемой точке режущей кромки и плоскостью резания*. При плоской задней поверхности резца можно сказать, что α - угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Задние углы уменьшают трение задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность.

* При определении и измерении углов резца в статическом (нерабочем) состоянии принято считать, что плоскость резания расположена вертикально. В процессе резания на ее положение, а, следовательно, и на величину некоторых углов резца влияют положение режущей кромки (или отдельных ее точек) относительно оси заготовки (выше или ниже), подача и диаметр заготовки.

Углом заострения р называется угол между передней и главной задней поверхностями резца.

Главным передним углом у называется угол между передней поверхностью резца* и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку. Он может быть положительным (+γ), когда передняя поверхность направлена вниз от плоскости, перпендикулярной плоскости резания (см. рис. 7, II); равным нулю , когда передняя поверхность перпендикулярна к плоскости резания (см. рис. 7,11), и отрицательным (-γ), когда передняя поверхность направлена вверх от плоскости, перпендикулярной плоскости резания (см. рис. 7,111). Положительный передний угол делается для облегчения процесса резания (стружкообразования) и более свободного схода стружки по передней поверхности. Однако на практике угол +γ не всегда оказывается лучшим, к его приходится уменьшать (до 0, а иногда делать и отрицательным).

Углом резания δ называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

При положительном значении угла у между углами существуют следующие зависимости:

При отрицательном значении угла γ угол δ> 90°.

Кроме рассмотренных главных углов, резец характеризуется углами: вспомогательными задним и передним в плане и наклона главной режущей кромки (рис. 7 и 8).

Вспомогательным задним углом α 1 называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Вспомогательный задний угол измеряется во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость . В этой же плоскости рассматривается и вспомогательный передний угол γ 1 .

Главным углом в плане ϕ называется угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Угол ϕ делается для того, чтобы главная режущая кромка могла воздействовать на глубину срезаемого слоя; он влияет на износостойкость резца.

Вспомогательным углом в плане ϕ 1 называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи; он делается для исключения трения на большей части вспомогательной режущей кромки.

*При неплоской передней поверхности передний угол заключен между касательной к передней поверхности, проходящей через рассматриваемую точку режущей кромки, и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку.

Углом при вершине в плане ε называется угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость; в сумме ϕ + ε + ϕ 1 = 180°.

Углом наклона главной режущей кромки λ называется угол, заключенный между режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости (см. рис. 7 и 8). Угол наклона главной режущей кромки считается отрицательным , когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки (рис. 8, а); равным нулю - при главной режущей кромке, параллельной основной плоскости (рис. 8,6), и положительным, когда вершина резца является наинизшей точкой режущей кромки (рис. 8, в). Угол λ делается для изменения направления стружки; он влияет па прочность головки резца и режущей кромки.

Кроме углов γ и α, рассматриваемых в главной секущем плоскости, иногда (например, при заточке) необходимо знать углы, рассматриваемые в продольной (параллельной оси резца) и поперечной (перпендикулярной к оси резца) плоскостях (рис. 9). В продольной плоскости А - а главная режущая кромка будет иметь углы γ прод и α прод, а в поперечной плоскости Б - Б -углы γ попер и α попер.

Зависимость между углами α и α попер определится из схемы, приведенной на рис. 10. Из прямоугольного треугольника D0E, расположенного в главной секущей плоскости N - N (см. рис. 9):

Из прямоугольного треугольника D0C, расположенного в сечении Б - Б:

Поделив одно уравнение на другое, получим: