Классификация, конструктивные и геометрические параметры токарных резцов

Классификация, конструктивные и геометрические параметры токарных резцов

Цель работы: ознакомление с классификацией, назначением, основными конструктивными и геометрическими параметрами резцов; выбор определенных типов резцов для обработки заданной детали; измерение основных конструктивных и геометрических параметров резца; составление рабочего чертежа резца.

Общие сведения

Конструктивные элементы и геометрические параметры, присущие металлорежущим инструментам всех видов, могут быть рассмотрены на примере токарных резцов, являющихся наиболее простыми и распространенными.

Конструктивные элементы токарного резца

Резец (рис. 1) состоит из рабочей части (участок L₁),на которой расположены режущие кромки и рабочие поверхности, и державки (участок L₂), служащей для закрепления инструмента на суппорте станка [1, 2, 3].

На рабочей части различают следующие поверхности: А_g – передняя поверхность, по которой сходит стружка; А_a и А_a1 – задние поверхности, обращенные к обрабатываемой заготовке. Передняя и задняя поверхности инструмента могут быть выпуклыми или вогнутыми поверхностями, плоскостями или их комбинациями. Режущие кромки образуются пересечением передней и задних поверхностей и разделяются на главную (линия 1 – 2), которая выполняет основную работу по срезанию припуска, и вспомогательную (линия 1 – 3), выполняющую вспомогательное резание. Главная режущая кромка формирует большую сторону сечения среза, а вспомогательная – меньшую сторону сечения среза. Соответственно различают главную заднюю поверхность А_a, примыкающую к главной режущей кромке, и вспомогательную заднюю поверхность А_a1, примыкающую к вспомогательной режущей кромке. В зависимости от типа инструмента вспомогательных задних поверхностей на нем может быть больше, чем одна (например, у отрезного резца) или не быть совсем (цилиндрическая фреза). Участок режущих кромок в месте пересечения двух задних поверхностей называют вершиной резца (точка 1). Во избежание быстрого износа резца его вершину выполняют с радиусом r_в (рис. 2). Этот криволинейный участок (линия а – б) является переходной режущей кромкой, иногда её выполняют прямолинейной. При наличии переходной кромки вершиной резца 1 обычно считают ту точку кромки, которой инструмент касается обработанной поверхности.

Геометрические параметры резцов

Взаимное расположение вышеуказанных поверхностей и кромок определяется системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами инструмента. Для определения статических геометрических параметров режущих инструментов ГОСТом 25762-83 установлены следующие координатные плоскости (рис. 3):

Рис. 1. Конструктивные элементы резца: L₁ – рабочая часть; L₂ – державка (корпус); D_s – движение подачи; А_g – передняя поверхность; А_a – главная задняя поверхность; А_a1 – вспомогательная задняя поверхность; линия 1 – 2 – главная режущая кромка; линия 1 – 3 – вспомогательная режущая кромка; 1 – вершина резца

Рис. 2. Радиус вершины r_в резца

Рис. 3. Исходные координатные плоскости для определения статических углов резца: линия 1 – 2 – главная режущая кромка; линия 1 – 3 – вспомогательная режущая кромка; 4 – рассматриваемая точка режущей кромки; 5 – обрабатываемая поверхность; 6 – обработанная поверхность; R – поверхность резания; D_r – главное движение резания; D_{s прод} и D_{s поп} – движения продольной и поперечной подач; V – скорость резания; V_s – скорость движения подачи; V_e –скорость результирующего движения резания; h – угол скорости резания; m – угол подачи; P_vc – статическая основная плоскость; P_nc – статическая плоскость резания; Р_s – рабочая плоскость; Р_tс – статическая главная секущая плоскость;

Р / _tс – статическая вспомогательная секущая плоскость – статическая основная плоскость P_vc – координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного движения резания V (плоскость ху); для токарных резцов плоскость P_vc параллельна направлениям продольной и поперечной подач, а также параллельна опорной плocкости стержневого резца;

– статическая плоскость резания P_nc – координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная статической основной плоскости;

– рабочая плоскость Р_s – плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения и движения подач; при продольном точении рабочей плоскостью является плоскость xz, при поперечном – плоскость yz;

Геометрические элементы резца

Рассмотрим элементы геометрии и конструкции токарного резца, на примере которого можно научиться разбираться во всем многообразии лезвийных режущих инструментов.

Прежде следует познакомиться с конструктивными элементами токарного резца (Рис.1.12).

Рабочая часть (головка резца) образуется при заточке и имеет элементы:

A_γ — передняя поверхность лезвия инструмента, по которой сходит стружка;

А_α — главная задняя поверхность лезвия инструмента, при­мыкающая к главной режущей кромке и обращенная к поверхности резания заготовки;

Рисунок1.12. Конструктивные элементы прямого проходного

— вспомогательная задняя поверхность лезвия инструмента, примыкающая к вспомогательной режущей кромке и обращенная к обработанной поверхности заготовки;

К — главная режущая кромка;

К₁ — вспомогательная режущая кромка:

В — вершина лезвия, место пересечения передней и задних

Для определения углов, под которыми расположены поверх­ности рабочей чести режущего лезвия инструмента относительно друг друга, используют системы координат и координатные плоскости.

Различают следующие системы координат.

Инструментальная система координат (ИСК) – применяется для изготовления и контроля инструмента.

Статическая система координат (ССК) — применяется для приближенных расчетов углов лезвия в процессе резания, с уче­том изменения их после установки инструмента на станке.

Кинематическая система координат (КСК) — система координат скорректированная относительно направления скорости результирующего движения резания.

Для определения углов резца устанавливаются следующие координатные плоскости: основная плоскость, плоскость резания и главная секущая плоскость (рис.13).

Рисунок1.13. Углы резца.

P_V — основная плоскость — проходит через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно к направлению скорости главного или результирующего движения резания;

P _п — плоскость резания, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная к основной плоскости Р _V;

P_τ — главная секущая плоскость, перпендикулярная к линии пересечения основной плоскости Р _V и плоскости резания Р_П.

Кроме того, различают еще плоскости:

P_S — рабочая плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения резания и движения подачи.

Р_Н — нормальная секущая плоскость, перпендикулярная к режущей кромке в рассматриваемой точке.

Под геометрией резца понимают углы, которые определяют положение элементов рабочей части относительно координатных плоскостей.

Различают углы в плане и в сечении.

Рассмотрим образование углов в ССК у проходного прямого резца (рис.1.13).

Углы в плане:

φ — главный угол в плане — угол в основной плоскости Р _V между

плоскостью резания Р_П и рабочей плоскостью Р _S;

ε — угол при вершине — угол между проекциями режущих кромок на Р _V

Углы в сечении (главном):

α — главный задний угол — угол в секущей плоскости Р_τ между главной

задней поверхностью А_α и плоскостью резания Р_П;

γ — передний угол — угол в секущей плоскости Р_τ между передней поверхностью А_γ и основной плоскостью Р _V;

β — угол заострения — между передней и главной задней поверхностями в основной плоскости Р _V;

λ — угол наклона главной режущей громки — угол в плоскости резания Р_П между главной режущей кромкой и основной плоскостью Р _V.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

ТОКАРНЫЙ РЕЗЕЦ, ЕГО ЧАСТИ И ЭЛЕМЕНТЫ

Цель работы: знания частей, конструктивных и геометрических элементов токарного проходного резца, их функций; умение определять значения углов резца с помощью настольного угломера.

Общие сведения

Токарные резцы являются наиболее распространёнными режущими инструментами, используемыми при металлообработке. Резцы применяют при продольном точении, подрезании торцов, отрезании, растачивании сквозных и глухих отверстий, обработке фасонных поверхностей, нарезании резьб, а также при выполнении ряда других работ. С некоторым приближением можно считать, что резец составляет основу режущей части любого металлорежущего инструмента. Поэтому его изучение имеет весьма важное значение для понимания сущности процесса резания.

Части и элементы токарного резца принято рассматривать в связи со схемой обработки, векторами скоростей главного движения резания и движения подачи, режимами резания и расположением резца относительно заготовки и её поверхностей: обрабатываемой 1, обработанной 3 и поверхности резания 2 (рис. 1.28, а). Поверхность резания на заготовке располагается между обрабатываемой и обработанной поверхностями. Именно с этой поверхности при резании происходит отделение стружки от основного материала.

На лезвии резца (см. рис. 1.28, б) различают следующие конструктивные элементы:

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

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

Рис. 1.28. Схема точения (а), токарный проходной резец (б)

— вспомогательную заднюю поверхность 5, обращённую 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 плоскостью, в резцедержателе станка и закрепляют двумя ‑ тремя 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 наклона поверхностей и кромок резца в одной из трёх систем прямоугольных координат: инструментальной, статической и кинематической.

Инструментальную систему координат применяют 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 приближённых расчётов углов резца в процессе резания и для учёта изменения этих углов после установки инструмента на станок (рис. 1.29). Из всех видов движения резания в этой системе учитывается только главное движение резания D_г.

В состав системы входят три взаимно перпендикулярных координатных плоскости: основная , плоскость резания и главная секущая плоскость . Индекс «с» в обозначении плоскостей указывает на использование для определения углов резца статической системы координат.

Рис. 1.29. Углы токарного проходного резца

Начало системы координат помещают в рассматриваемую точку A главной режущей кромки, для которой определяют углы резца, а координатные плоскости этой системы ориентируют в пространстве следующим образом. Основная плоскость проходит через точку A главной режущей кромки перпендикулярно вектору скорости υ главного движения резания. Плоскость резания совмещена с вектором скорости υ 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 , проводимую через точку Б вспомогательной режущей кромки перпендикулярно проекции этой кромки на основную плоскость .

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 определяют передний угол g_с, главный задний угол a_c и угол заострения b_c.

Главный задний уголa_c — угол в главной секущей плоскости 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 твёрдых и хрупких материалов выбирают меньшие из ранее указанных значений главного заднего угла.

Передний угол g_с — угол в главной секущей плоскости между передней поверхностью лезвия резца и основной плоскостью . 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 (металлокерамические твёрдые сплавы, минералокерамика, алмазы и др.) для повышения прочности и стойкости инструмента применяют нулевые и отрицательные передние углы, а при работе инструментом из быстрорежущих сталей, обладающих большей ударной вязкостью, — положительные передние углы (10–30 градусов).

Угол заострения b_с — угол в главной секущей плоскости 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:

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

Кроме рассмотренных углов резец имеет углы в плане j_c и , 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 и направлением движения подачи D_s. 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 жёсткости технологической системы угол j_с обычно выбирают в пределах 30–90 градусов.

Вспомогательный угол в плане — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным направлению движения подачи D_s. Угол служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности резца по обработанной поверхности заготовки. Для проходных резцов, обрабатывающих жёсткие заготовки, угол = 5–10 о , при обработке нежёстких заготовок его принимают в пределах 30–45 о градусов.

Угол при вершинеe_с — угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость .

Углы j_с, , e_с связаны между собой зависимостью

Углом наклона главной режущей кромки l_с называют угол, расположенный в плоскости резания , между главной режущей кромкой и основной плоскостью . Этот угол считается положительным (см. рис. 1.28, б), когда вершина резца является низшей точкой режущей кромки относительно установочной плоскости Р_б; 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 > 0 о ) или обрабатываемой (l_с < 0 о ) поверхности. Кроме того, положительный угол l_с упрочняет вершину инструмента. Поэтому при черновой обработке и резании твёрдых материалов необходимо углу l_с придавать положительные значения (15–20 о ). При чистовой обработке для предотвращения царапания стружкой обработанной поверхности рекомендуют использовать резцы с отрицательными значениями угла наклона главной режущей кромки.

Дата добавления: 2021-05-28 ; просмотров: 96 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Конструктивные элементы и геометрические параметры проходных токарных резцов

Из всех видов токарных резцов наиболее распространенными явля­ются проходные резцы. Они предназначены для точения наружных по­верхностей, подрезки торцов, уступов и т.д.

Призматическое тело проходного резца (рис. 1), как и любо го дру­гого, состоит из режущей части (головки) и державки. Головка резца содержит переднюю 1, главную заднюю 2 и вспомогательную заднюю 3 поверхности. Пересечения этих поверхностей образуют главную 4 и вспомогательную 5 режущие кромки.

Рис.1. Конструктивные элементы токарного резца:
1 — передняя поверхность; 2 — главная зад­няя поверхность; 3 — вспомогательная задняя поверхность; 4 — главная режущая кромка; 5 — вспомогательная режущая кромка

По передней поверхности сходит снимаемая резцом стружка. Глав­ная задняя поверхность обращена к поверхности резания, образуемой главной режущей кромкой, а вспомогательная задняя поверхность – к обработанной поверхности детали.

Указанные поверхности и режущие кромки после за­точки располагаются под определенными углами отно­сительно двух координатных плоскостей и направления подачи, выбираемыми с уче­том кинематики станка.

Рис.2. Геометрические параметры проходного токарного резца

За координатные плоско­сти (рис.2) принимают две взаимно перпендикулярные плоскости: 1) плоскость ре­зания, проходящую через главную режущую кромку, и вектор скорости резания, ка­сательный к поверхности резания, и 2) основную плоскость, проходящую че­рез эту же кромку и нормаль к вектору скорости резания.

Есть другое определение основной плоскости: это плоскость, про­ходящая через векторы продольной S_пр и радиальной S_р подач. В частном случае она может совпадать с основанием резца. В этом случае возмож­но измерение углов резца вне станка в его статическом положении.

За вектор скорости резания, применительно к резцам, а также ко многим другим инструментам, принимают вектор окружной скорости детали без учета вектора продольной подачи, который во много раз меньше вектора окружной скорости и не оказывает заметного влияния на величину передних и задних углов. Только в отдельных случаях, применительно, например, к сверлам, в точках режущих кромок, приле­гающих к оси сверла, это влияние становится существенным.

На рис. 2 представлены вид заготовки и резца в плане и геомет­рические параметры, обязательно указываемые на рабочих чертежах резцов: γ, α, α₁, λ, φ, φ₁. Ниже даны определения и рекомендации по назначению их величин.

Передний и задний углы главной режущей кромки принято изме­рять в главной секущей плоскости N-N, проходящей нормально к про­екции этой кромки на основную плоскость, которая в данном случае совпадает с плоскостью чертежа. Плоскость N-N выбрана в связи с тем, что именно в ней происходит деформация металла при резании.

Передний угол γ — это угол между основной плоскостью и плоско­стью, касательной к передней поверхности. Величина этого угла оказы­вает на процесс резания определяющее влияние, так как от него зависят степень деформации металла при переходе в стружку, силовая и тепло­вая нагрузки на режущий клин, прочность клина и условия отвода тепла из зоны резания. Оптимальное значение переднего угла γ определяется опытным путем в зависимости от физико-механических свойств обраба­тываемого и режущего материалов, факторов режима резания (v, s, t) и других условий обработки. Возможные значения угла γ находятся в пределах 0…30 0 . Для упрочнения режущего клина, особенно изготов­ленного из хрупких режущих материалов, на передней поверхности за­тачивают фаску с нулевым или отрицательным передним углом (γ_ф=0…-5°) , шириной f, зависящей от подачи.

Задний угол α — это угол между плоскостью резания и плоскостью, касательной к задней поверхности. Фактически это угол зазора, препятствующего трению задней поверхности резца о поверхность резания. Он влияет на интенсивность износа резца и в сочетании с углом γ влияет на прочность режущего клина и условия отвода тепла из зоны резания.

Чем меньшую нагрузку испытывает режущий клин и чем он проч­нее, тем больше значение угла α. Его величина зависит, таким образом, от сочетания свойств обрабатываемого и режущего материалов, от ве­личины подачи и других условий резания. Например, для резцов из бы­строрежущей стали при черновой обработке конструкционных сталей α=6…8°, для чистовых операций — α=10.. .12°.

Угол наклона главной режущей кромки λ — это угол между ос­новной плоскостью, проведенной через вершину резца, и режущей кромкой. Он измеряется в плоскости резания и служит для предохране­ния вершины резца А от выкрашивания, особенно при ударной нагрузке, а также для изменения направления сходящей стружки. Угол λ считает­ся положительным, когда вершина резца занижена по сравнению с дру­гими точками главной режущей кромки и в контакт с заготовкой вклю­чается последней. Стружка при этом сходит в направлении обработан­ной поверхности (от точки В к точке А), что может существенно повы­сить ее шероховатость. При черновой обработке это допустимо, так как после нее следует чистовая операция, снимающая эти неровности. Но при чистовых операциях, когда нагрузка на режущий клин невелика, первостепенное значение приобретает задача отвода стружки от обрабо­танной поверхности. С этой целью назначают отрицательные значения угла (- λ ). При этом вершина резца А является наивысшей точкой режу­щей кромки, а стружка сходит в направлении от точки А к точке В.

Наличие угла λ усложняет заточку резцов. Поэтому практические значения этого угла невелики и находятся в пределах λ = +5…-5°.

Углы в плане φ и φ₁ (главный и вспомогательный) — это углы между направлением продольной подачи S_пр и, соответственно, проек­циями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плос­кость. Главный угол в плане φ определяет соотношение между толщиной и шириной срезаемого слоя. При уменьшении угла φ стружка становится тоньше, улучшаются условия теплоотвода и тем самым повышается стойкость резца, но при этом возрастает радиальная составляющая силы резания. При обточке длинных заготовок малого диаметра это может привести к их деформации и вибрациям. В этом случае принимается угол φ=90°.

Для других случаев рекомендуется:

• при чистовой обработке φ=10.. .20°;
• при черновой обработке валов (l/d = 6…12) φ= 60…75°;
• при черновой обработке более жестких заготовок φ= 30…45°.

Вспомогательный угол в плане φ₁ оказывает влияние на высоту h остаточных гребешков (шероховатости) на обработанной поверхности, величина которых возрастает с увеличением φ₁ и подачи s.

У проходных резцов обычно угол φ₁=10…15°. С уменьшением угла φ₁ до 0° величина h также уменьшается до нуля, что позволяет значи­тельно увеличить подачу, а следовательно, и производительность про­цесса резания.

Вспомогательный задний угол α₁, измеряемый в сечении N₁—N₁, перпендикулярном к вспомогательной режущей кромке, принимается примерно равным углу α. Он образует зазор между вспомогательной задней поверхностью и обработанной поверхностью заготовки.

Вспомогательный передний угол γ₁ определяется заточкой перед­ней поверхности и на чертеже обычно не указывается.

С целью повышения прочности режущей части резца предусматри­вается также радиус скругления его вершины в плане: r = 0,1…3,0 мм. При этом большее значение радиуса применяется при обработке жест­ких заготовок, так как с увеличением этого радиуса возрастает радиаль­ная составляющая силы резания.