Основные принципы работы и конструктивные

элементы режущих инструментов

Режущие инструменты применяют для образования требуемых формы и разме­ров поверхностей заготовок резанием, срезанием сравнительно тонких слоев материала (стружки). Несмотря на боль­шое различие отдельных видов инстру­ментов по назначению и конструкции, у них имеется много общего: условия работы, общие конструктивные элементы и способы их обоснования, принципы расчета. Основные определения и обозна­чения общих понятий по режущим ин­струментам и обработке резанием даны соответственно в ГОСТ 25751—83 и ГОСТ 25762—83.

У всех режущих инструментов имеются рабочая и крепежная части. Рабочая часть выполняет основное служебное на­значение — резание, удаление излишнего слоя материала. Крепежная часть служит для установки, базирования и закрепле­ния инструмента в рабочем положении на станке (технологическом оборудова­нии).

В рабочей части различают участок с режущими зубьями, предназначенный для снятия припуска, и участок с калибрующи­ми зубьями, предназначенный для уда­ления оставшегося припуска после среза­ния его основной части режущими зубья­ми, и окончательного формирования об­работанной поверхности заготовки; кроме них бывают участки с переходными и выглаживающими зубьями.

Срезание стружки осуществляется лез­виями 1 клинообразной формы, ограни­ченными передними А_γ и задними А_α поверхностями (рис. 1). Их пересече­ние образует режущую кромку К.

Рис. 1. Общие кон­структивные элемен­ты режущей части инструмента при пря­молинейном (а) и вращательном (б) главном движении; подъем на зуб (в); сечение срезаемого слоя (г)

По числу лезвий (зубьев) могут быть инструменты одно- и многолезвийные (одно- и многозубые). На зубьях, как однолезвийных, так и многолезвийных инструментов имеются главная К и вспомогательная К' режущие кромки, их сопряжение образует вершину 2 лезвия. Различают зубья черновые, переходные, чистовые и калибрующие в зависимости от сечения срезаемых слоев.

Для осуществления процесса резания лезвие инструмента перемещается относительно обрабатываемой поверхности заготовки, совершая главное движение D_r резания со скоростью v, необходи­мое для удаления поверхностного слоя материала заготовки — срезания стружки. Кроме того, инструмент совершает дви­жение подачи D_s со скоростью v_s, меньшей скорости v. Это движение предназначено для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. В процессе обработ­ки данного участка поверхности заготовки главное движение осуществляется непрерывно.

Движение же подачи может быть непрерывным и прерывистым. Главное движение D_r со скоростью v, движение подачи D_s со скоростью v_s создают суммарное результирующее движение резания D_e со скоростью v_e.

При периодическом движении подачи, например при строгании и долблении, в процессе данного рабочего хода инстру­мента скорость подачи v_s = 0, а результирующее движение резания создается только главным движением (v_e = v). Глав­ное движение и движение подачи может совершать заготовка относительно инстру­мента или инструмент относительно заготовки; они могут быть прямолинейно-поступательными (рис. 1, а) или враща­тельными (рис. 1, б).

В зависимости от вида главного дви­жения D_r создается конструкция инстру­мента: при вращательном главном дви­жении инструмент имеет форму тела вра­щения с зубьями по периферии, торцу. Если вращательное главное движение со­общается заготовке, то инструмент может быть более простой формы и иметь даже один режущий элемент, например резец, совершающий движение подачи D_s па­раллельно, перпендикулярно или наклонно относительно оси главного вращательного движения (оси обрабатываемой поверх­ности заготовки).

Движение подачи D_s — прямолинейное поступательное или вращательное движе­ние режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания, предназначенное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Движение пода­чи может быть продольным и поперечным. При применении многих инструментов дви­жение подачи образуется кинематикой станка, но есть многозубые инструменты, при применении которых поперечное сме­щение траекторий, образуемых лезвиями инструмента в их главном движении для снятия всего припуска, осуществляется не механизмами станка, а соответствую­щим смещением лезвий в конструкции инструмента относительно его базовых поверхностей.

Лезвия последующих зубьев этих инст­рументов в процессе главного движения перемещаются не по одной и той же траектории, а по траекториям, смещенным относительно траекторий предыдущих зубьев. Это смещение траекторий по­следующих режущих кромок многозубого инструмента необходимо для снятия всего припуска. Оно обеспечивается не движе­нием, осуществляемым инструментом или заготовкой (как указано выше), не кине­матикой и механизмами станка, а конст­руктивным исполнением инструмента, и по сути своей соответствует подаче на зуб.

В отличие от подачи на зуб назовем это смещение конструктивным обеспече­нием срезания припуска. Изменение поло­жения режущих кромок последующих зубьев определяет толщину срезаемых слоев материала и применяется в много­лезвийных инструментах (протяжках, мет­чиках и др.) Величину этого смещения (подъема) обозначим С_z.

Применение конструктивного обеспече­ния срезания припуска позволяет за один рабочий ход инструмента осуществить обработку и формообразование поверх­ности детали, в том числе и сложной, обеспечивает повышение производитель­ности процесса и точность обработанных поверхностей, упрощает конструкцию (ки­нематику) станка (необходимо только одно главное движение).

2.2. Геометрические параметры рабочей час­ти

Слой материала заготовки отделяет лезвие инструмента, режущая кромка которого образуется пересечением перед­ней и задней поверхностей, а положение этих поверхностей зависит от геомет­рических параметров инструмента. Геометрические параметры в зависимости от це­лей их применения рассматривают в системах координат инструментальной (и), статической (с) и кинематической (к). Их обозначают индексами, указанными в скобках.

В инструментальной системе координат (инструментальные геометрические пара­метры, рис. 2, а) определяют геомет­рические элементы инструмента. Эту систе­му применяют для изготовления и контро­ля инструмента. Обычно геометрические параметры рассматривают относительно базы установки инструмента при изго­товлении, контроле и эксплуатации.

В статической системе координат рас­сматривают статические геометрические параметры в системе, ориентированной относительно направления скорости глав­ного движения резания. Эти параметры применяют для учета изменения геомет­рических параметров после установки ин­струмента на станке.

В кинематической системе координат рассматривают кинематические геометри­ческие параметры (рис. 2, б) в усло­виях процесса эксплуатации инструмен­та — в процессе резания. Значения этих параметров определяют относительно вектора скорости v_e результирующего дви­жения; они определяют кинематику реза­ния.

Рис. 2. Геометрические параметры:

а — инструментальные; б — кинематические

При определении геометрических па­раметров необходимы плоскости: основ­ная P_v, проведенная через рассматривае­мую точку режущей кромки перпенди­кулярно скорости главного v или резуль­тирующего v_e движения резания в этой точке; резания Р_n, касательная к профилю режущей кромки в рассматриваемой точ­ке и перпендикулярная основной плос­кости; главная секущая Р_τ, перпендику­лярная линии пересечения основной плос­кости P_v и плоскости резания Р_n; нормальная секущая Р_н, перпендикуляр­ная режущей кромке в рассматриваемой точке; секущая плоскость схода стружки P_c, проходящая через направления схода стружки и скорости резания в рассматри­ваемой точке режущей кромки; рабочая P_s, в которой расположены направления (векторы) скоростей главного движения резания D_r и движения подачи D_s.

При криволинейной форме режущей кромки, передней и задней поверхностей учитываются плоскости (линии), касатель­ные к ним в рассматриваемой точке режущей кромки.

Положение основной плоскости в ин­струментальной системе координат зави­сит от конструкции инструмента. У токар­ных и строгальных резцов прямоугольного поперечного сечения она совпадает с ос­новной установочной базой резца; у ин­струментов с главным вращательным дви­жением проходит через ось инструмента.

Основными геометрическими элемента­ми лезвия являются: передний угол γ — угол в секущей плоскости между передней поверхностью лезвия А_γ и основной плос­костью Р_v; главный задний угол α — угол в секущей плоскости между задней поверхностью А_α лезвия и плоскостью резания Р_n; угол в плане

φ — угол в основной плоскости между плоскостью резания и рабочей плоскостью, т. е. угол между проекцией режущей кромки (каса­тельной к режущей кромке в рассматри­ваемой точке) на основную плоскость и вектором скорости подачи; вспомогательный угол в плане φ₁ — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и вектором, обратным направлению скорости подачи; угол наклона режущей кромки λ — угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью.

В зависимости от координатной систе­мы, в которой они измеряются, различают инструментальные, статические и кинематические углы; углы передний и задний измеряют в главной секущей плоскости или в других плоскостях, обозначаемых соответствующими индекса­ми.

У некоторых инструментов различие в величинах инструментальных, статических и кинематических геометрических пара­метров незначительно, но у некоторых это различие большое, и его необходимо учитывать при назначении инструменталь­ных геометрических параметров. Их пере­считывают с учетом угла скорости реза­ния η — угла в рабочей плоскости между направлениями скоростей результирующе­го движения резания v_e и главного движения v резания; угла подачи μ — угла между направлениями скоростей дви­жения подачи v_s и главного движения v резания, а также с учетом параметров установки инструмента — угла установки и положения рассматриваемой точки ре­жущей кромки относительно оси заготов­ки или инструмента при вращательном главном движении.

Задний угол α необходим для воз­можности перемещения лезвия по образо­ванной им поверхности заготовки, для уменьшения контакта задней поверхности лезвия и образованной поверхности заго­товки и возникающих между ними сил трения. С увеличением α интенсивность изнашивания лезвия по задней поверх­ности уменьшается и увеличивается стой­кость инструмента. Однако при увеличе­нии α уменьшаются угол заострения β и прочность лезвия.

При проектировании фасонных режущих инструментов задний угол учитывается в коррекционных расчетах профиля и у не­которых инструментов влияет на сниже­ние их точности при переточках. Мини­мальная величина α принимается равной 2°.

Передний угол γ определяет положе­ние передней поверхности лезвия и влияет на условия образования стружки, силу резания и на прочность лезвия. Угол γ назначают в зависимости от физико-ме­ханических свойств обрабатываемого ма­териала и конструкции инструмента. Для упрочнения лезвия затачивают фаску вдоль лезвия по передней поверхности под углом γ_ф, равным нулю или даже отрицательной величине.

От угла в плане φ зависит соотноше­ние толщины и ширины срезаемого слоя при постоянных подаче и глубине реза­ния. Он влияет на соотношение состав­ляющих силы резания и на силу, оказы­вающую воздействие на возможное дефор­мирование заготовки (например, при об­работке тонких валов). По технологичес­ким соображениям φ = 0...90°.

Вспомогательный угол в плане φ₁ влияет на качество обработанной поверхности. Для повышения прочности вершины лезвия сопряжение главной и вспомо­гательной режущих кромок делают через переходную кромку.

Угол наклона режущей кромки λ влияет на направление схода стружки и упрочнение лезвия инструмента (рис. 3).

При обработке вязких материалов при отрицательном значении угла λ, (режущая кромка ниже вершины) стружка от­ходит вперед в направлении подачи S инструмента; при положительном λ, (режу­щая кромка выше вершины) — назад от режущей кромки в сторону образо­ванной поверхности заготовки и может ее портить. Угол λ также влияет на проч­ность лезвия, на положение точки F перво­начального контакта лезвия с обрабаты­ваемым материалом, что особенно важно при прерывистом резании, например при точении, фрезеровании.

Рис. 3. Угол λ наклона режущей кромки:

а — определение угла; б — влияние угла λ на направление отвода стружки; в — влияние угла на по­ложение точки контакта лезвия с обрабатываемой заготовкой

Для изготовления и контроля инстру­ментов необходимо знать геометрические параметры в различных сечениях лезвия, ориентированных относительно баз инстру­мента, его крепежных поверхностей, на­пример в сечениях I—I и II—II (рис. 4, а), перпендикулярных и параллельных основным базовым поверхностям. У многих инструментов плоскость I—I совпадает с рабочей плоскостью P_s, угол между проек­цией главной режущей кромки на основ­ную плоскость условно обозначим φ.

Рассмотрим режущую кромку АВ. В об­щем случае она расположена по отношению к основной плоскости под углом λ. Ее проекция на основную плоскость образует с линией CD (CD — след сечения задней поверхности основной плоскостью) угол ω. В точке М режущей кромки образуются задние углы между задней поверхностью лезвия и инструментальной плоскостью резания Р_пи: в главной секущей плоскости Р_τ угол EML — инструменталь­ный главный задний угол α_и в сечении плоскостью I—I угол EMG, равный α₁, и в сечении плоскостью II—II угол EMF, равный α_II.

Если точка режущей кромки находится в плоскости О₁О₁ (рис. 4, б), парал­лельной основной инструментальной плос­кости P_vи, проходящей через ось О₁, относительно которой создается главное вращательное движение, то плоскости основная P_v и резания Р_n — инструмен­тальные и статические совмещаются. При смещении рассматриваемой точки режу­щей кромки относительно плоскости О₁О₁ на h плоскости резания P_nc и основная P_vc в статической системе координат смещаются относительно их прежнего положения на угол τ:

sinτ = h / r₁.

Это отражается на величинах статичес­ких геометрических параметров

α_с = α_и — τ, γ_c = γ_и + τ.

Аналогичные изменения происходят и при изменении положения основной инст­рументальной плоскости, например при изменении базы инструмента на угол τ (рис. 4, б).

Рис. 4. Определение задних углов в различных плоскостях (а) и изменение геометрических параметров при

изменении положения инструмента (б — г)

Поворот (установки) инструмента (ре­жущего элемента) в основной инструмен­тальной и статической плоскостях, пока­занный на рис. 4, г, на угол τ₁ или изменение направления движения подачи влияет на соответствующее изменение уг­лов в плане φ и φ₁ и других, связанных с ними геометрических параметров:

φ_с = φ_и + τ₁; φ₁ с = φ_1и + τ₁.

На значения кинематических геомет­рических параметров влияет положение вектора скорости v_e результирующего движения резания, т. е. угол η и величи­на и направление вектора скорости подачи v_s.

Форма и элементы слоя материала, срезаемого за один цикл обработки, за­висят от подачи S, формы и положения режущей кромки. Положение режущей кромки определяется углом в плане φ. Толщина срезаемого слоя (см. рис. 4, г)

a = S·sinφ.

2.3. Классификация обрабатываемых поверхностей

и режущего инструмента

Инструменты режущие предназначены для обработки разнообразных по­верхностей. Эти поверхности классифицируются по конструкторско-техноло­гическим признакам, определяющим требования к точности и качеству их из­готовления. Точность и ка­чество изготовления взаимозависимы и в свою оче­редь зависят от метода обработки и применяемого режущего инструмента. Вы­пускаемый в стране режущий инструмент, а также отдельные его элементы классифицированы по конструктивным признакам и назначению. Использова­ние классификаторов позволяет пра­вильно выбрать нужный инструмент и за­казать его у изготови­телей.

Дата добавления: 2014-12-26