Продольные и поперечные углы резца. Элементы резца. Вопросы для самопроверки

К основным режущим инструментам, используемым при , относится резец, геометрические параметры которого определяют его технические возможности, точность и эффективность обработки. Разбираться в таких параметрах должен любой специалист, решивший посвятить себя токарному делу, поскольку правильный выбор углов резца увеличивает как продолжительность эксплуатации инструмента, так и производительность обработки.

Параметры токарных резцов

Любой токарный резец образуют державка, необходимая для фиксации инструмента в держателе , и рабочая головка, обеспечивающая резание металла. Для рассмотрения геометрических параметров токарного резца за образец лучше взять проходной инструмент.

На режущей части токарного резца данного типа выделяют три поверхности:

• переднюю (по ней в ходе обработки заготовки осуществляется сход металлической стружки);
• задние – главную и вспомогательную (обе повернуты своей лицевой частью к обрабатываемой детали).

Кромка инструмента, называемая режущей (и непосредственно участвующая в обработке), образована пересечением его передней и главной задней поверхностей. В геометрии токарного резца выделяют и вспомогательную режущую кромку. Она, соответственно, образована пересечением передней поверхности со вспомогательной задней.

Точку, в которой пересекаются главная и вспомогательная режущие кромки, принято называть вершиной резца. Последняя при резании металла испытывает колоссальные нагрузки, приводящие к ее поломке. Чтобы повысить стойкость вершины резца, ее в процессе заточки не заостряют, а немного скругляют. Это требует введения такого параметра, как радиус при вершине. Есть и еще один способ увеличения стойкости вершины токарного резца – формирование переходной режущей кромки, имеющей прямолинейную форму.

Важнейшими геометрическими параметрами резцов для токарной обработки являются их углы, которые определяют взаимное расположение поверхностей инструмента. Параметры углов варьируются в зависимости от разновидности токарного резца и от ряда других факторов:

• материала изготовления инструмента;
• условий его работы;
• характеристик материала, который предстоит обрабатывать.

Углы резцов для токарной обработки

Чтобы правильно определять углы токарного инструмента, их точные величины, их рассматривают в так называемых исходных плоскостях.

• Основная плоскость параллельна направлениям подач токарного резца (продольной и поперечной) и совпадает с его опорной поверхностью.
• Плоскость резания включает главную режущую кромку и проходит по касательной по отношению к поверхности обработки. Эта плоскость перпендикулярна к основной.
• Главная секущая плоскость пересекает главную режущую кромку и располагается перпендикулярно по отношению к проекции, которую данная кромка откладывает на основную плоскость. Есть еще и вспомогательная плоскость секущего типа, которая, соответственно, перпендикулярна проекции, откладываемой на основную плоскость вспомогательной режущей кромкой.

Как уже говорилось выше, измеряются именно в данных плоскостях и те из них, которые измеряют в плоскости, называемой главной секущей, обозначают как главные. Это, в частности, главный передний, главный задний углы, а также углы заострения и резания.

Одним из важнейших считается главный задний угол токарного резца, который минимизирует трение, возникающее при взаимодействии задней поверхности инструмента с деталью, которую в данный момент обрабатывают (а значит, уменьшает нагрев резца и продлевает срок его службы). Образуется этот угол поверхностью резца (главной задней) и плоскостью резания. Выбирая данный угол при заточке инструмента, учитывают тип обработки и материал заготовки. При этом следует знать, что сильное увеличение размера заднего угла приводит к быстрому выходу токарного резца из строя.

Прочность и стойкость режущего инструмента, усилия, возникающие в ходе обработки, определяются параметрами переднего угла. Он находится между передней поверхностью токарного резца и плоскостью, в которой расположена главная режущая кромка (эта плоскость перпендикулярна плоскости резания). При заточке токарного резца, учитывают ряд факторов, влияющих на величину данного угла:

• материал заготовки и самого инструмента;
• форму передней поверхности;
• условия, в которых резец будет использоваться.

Увеличение значения переднего угла, с одной стороны, позволяет улучшить чистоту обработки, а с другой – провоцирует снижение прочности и стойкости токарного резца. Такой угол, получаемый в результате заточки, может иметь положительное и отрицательное значение.

Токарные резцы с передними углами, которые имеют отрицательные значения, отличаются высокой прочностью, но выполнять обработку такими инструментами затруднительно. Обычно заточку с передним углом, который имеет положительное значение, используют, когда предстоит обработка заготовки из вязкого материала, а также когда материал изготовления инструмента отличается высокой прочностью.

Резцы с передними углами, имеющими отрицательное значение, применяют при обработке материалов с высокой твердостью и прочностью, при выполнении прерывистого резания, когда материал изготовления инструмента не обладает достаточной прочностью на изгиб и плохо воспринимает ударные нагрузки.

Параметрами, характеризующими геометрию резца для токарной обработки, также являются углы резания и заострения. Угол резания, величина которого может варьироваться в пределах 60–100 0 , находится между поверхностью инструмента, называемой передней, и плоскостью резания.

Величина данного угла напрямую зависит от твердости, которой обладает обрабатываемый металл: чем она выше, тем больше его значение. Угол заострения полностью соответствует своему названию, он измеряется между главной передней и главной задней поверхностями инструмента и характеризует степень заострения его вершины.

Характеризуют токарный резец и углы в плане. Это главный, измеряемый между направлением продольной подачи и проекцией, которую откладывает главная режущая кромка на основную плоскость, и вспомогательный, образуемый проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи.

При заточке указанные углы выбираются не произвольно, а в зависимости от типа токарной обработки и жесткости, которой обладает система «станок – инструмент – заготовка». Так, обработку большей части металлов можно проводить инструментами с главным углом в плане, равным 45 0 , но тонкие и длинные заготовки следует обрабатывать резцами, у которых величина этого угла находится в промежутке 60–90 0 . Это необходимо для того, чтобы исключить прогиб и дрожание детали.

Вспомогательный угол в плане одновременно коррелирует с чистотой обработки и со стойкостью резца. С его уменьшением возрастает чистота обработки и увеличивается стойкость инструмента.

Помимо рассмотренных выше в геометрии токарных резцов различают углы.

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.

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:

Главный угол в плане φ определяет соотношение между шириной и толщиной среза при постоянных значениях подачи и глубины резания. С уменьшением главного угла в плане φ уменьшается толщина среза и увеличивается его ширина. Это приводит к увеличению активной длины кромки, т. е. длины, находящейся в соприкосновении с заготовкой. Сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины кромки, уменьшаются, а вместе с этим снижается и износ резца. С уменьшением угла φ резко возрастает радиальная составляющая силы резания Ру, что может повести к прогибу заготовки и даже к вырыванию ее из центров при недостаточном креплении. Одновременно могут появиться и вибрации при работе.

Экспернментальные работы показывают, что с уменьшением угла φ при постоянной подаче стойкость резца резко увеличивается, тогда как при постоянной толщине среза стойкость резца остается почти постоянной вне зависимости от изменения угла φ. Отсюда следует, что на стойкость резца оказывает влияние в основном толщина среза - примерно такое же, как и угол φ. С увеличением толщины среза степень влияния ее на стойкость возрастает. Следовательно, для повышения производительности рекомендуется применять малые углы φ при постоянной толщине среза, максимально допустимой в отношении прочности режущей кромки и при соответствующем (возможном) повышении подачи согласно формуле s=a/sin φ .Такой выбор режима резания возможен только при условии жесткости и виброустойчивости системы СПИД и при небольшом припуске на обработку. Рекомендуется применять углы в плане φ (в град.):

Для чистовой обработки в жестких условиях... 10-20

При обработке в жестких условиях, если l/d <6 ... 30-45

При работе в нежестких условиях l/d=6-12 ... 60-75

При обработке длинных заготовок малого диаметра l/d>12 ... 90

Рис. 7 - Главный угол в плане φ

Так, например, при обработке больших и массивных детален на крупных станках большой жесткости выгодно с точки зрения наибольшей стойкости применяй, резцы с углом в плане 10-20°. Наоборот, при обработке нежестких деталей, например валиков, втулок, гаечных метчиков, сверл, разверток и т. п., рекомендуется работать с большими углами в плане φ = 60-75°. При наличии у этих деталей буртиков, ступеней целесообразно применять резцы с φ = 90°. Они позволяют производить наряду с обработкой на проход также и поперечное обтачивание и таким образом отпадает надобность в смене резца. Для деталей типа ступенчатых валиков при такой обработке получается большая экономия во времени, связанном с перестановкой резцов. В станкостроении имеется значительное количество таких деталей; по этой причине станкостроители часто применяют резцы с φ - 90°.

Для определения углов резца устанавливаются исходные плоскости: основная и плоскость резания (рис. 1.6).

Плоскость резания - плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку.

Основная плоскость - плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач. У токарных и строгальных резцов призматической прямоугольной формы в качестве этой плоскости можно принять опорную поверхность резца. У долбежных резцов основная плоскость перпендикулярна опорной поверхности.

Левые резцы (рис. 1.9, а) резцы, у которых при указанном способе наложения левой руки главная режущая кромка будет расположена в сторону большого пальца.
Головка резца может иметь различную форму и различное расположение относительно стержня резца (рис. 1.10).

Рисунок 1.10 - Формы резцов

Рисунок 1.9 - Резцы. а - правый, б - левый

Прямыми резцами называются такие резцы, у которых ось (ось симметрии) в плане и боковом виде прямая.

Отогнутыми резцами называются такие резцы, у которых ось в боковом виде прямая, а в плане изогнутая.

Изогнутыми резцами называются такие резцы, у которых ось в плане прямая, а в боковом виде изогнутая.

Резцы с оттянутой головкой - это такие резцы, у которых головка уже (тоньше) тела. Головка может быть расположена относительно оси тела резца или симметрично, или с одной стороны, причем головка может быть прямой, отогнутой в сторону или изогнутой.

Вправо (или влево) оттянутыми резцами называются такие, у которых при указанном ранее способе наложения ладони правой (или соответственно левой) руки головка оказывается сдвинутой в сторону большого пальца.

Рассмотрим углы резца как геометрического тела, находящегося в покое (статическое состояние). Ниже рассматриваются углы прямого резца, ось которого установлена перпендикулярно направлению продольной подачи, а вершина расположена по линии центров (рис. 1. 11). Различают углы главные, вспомогательные и углы в плане .

Углы резца

Главные углы резца измеряются в главной секущей плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на основную плоскость. К ним относятся следующие углы.

Главный задний угол α - угол между следами главной задней поверхности резца и плоскости резания.

Угол заострения β - угол между следами передней и главной задней поверхностей резца.

Передний угол γ - угол между следом плоскости, перпендикулярной к плоскости резания, проходящей через главную режущую кромку, и следом передней поверхности резца.

Угол резания δ - угол между следом передней поверхности и плоскости резания. Обычно δ = α + β = 90° - γ (1.5)

Вспомогательные углы резца α 1 , φ 1 , β 1 измеряются во вспомогательной секущей плоскости (см. рис. 1.11) и определяются по аналогии с главными углами резца.

Углы в плане измеряются в основной плоскости.

Главный угол в плане φ - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость н направлением подачи.

Вспомогательна угол в плане φ 1 - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Угол при вершине в плане ε - угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость. Из рис. 1.11 видно, что ε + φ + φ 1 = 180°. (1.6)

Углом наклона главной режущей кромки λ - называется угол, заключенный между режущей кромкой и прямой линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.