Тема 3 Геометричні параметри різця

Одним з найбільш простих і поширених ріжучих інструментів є токарний різець. Тому геометричні параметри інструменту розглянуті на прикладі токарного прохідного різця. Різець складається з головки А- робочої частини з ріжучими кромками і тіла Б(державки) – для закріплення різця в супорті верстата. Ріжуча частина утворюється спеціальним заточуванням і складається з наступних елементів: передня поверхня – 1, по якій сходить стружка; головна задня поверхня – 2, спрямована до поверхні різання заготовки; допоміжна задня поверхня – 3, спрямована до обробленої поверхні заготовки. Головна ріжуча кромка – 4, утворена перетином передньої і головної задньої поверхонь; допоміжна ріжуча кромка – 5, утворена перетином передньої і допоміжної задньої поверхонь і вершини різця – 6, утворену перетином головної і допоміжної ріжучих кромок.

Рисунок 4. Будова токарного різця

Інструмент заточується по передніх і задніх поверхнях. Ріжуча частина має форму клину.

Для визначення кутів різця прийняті чотири координатні площини: (система координат xyz).

Головна площина P_v – координатна площина, проведена через дану точку ріжучої кромки перпендикулярно напряму швидкості головного руху. За цю площину може бути прийнята нижня (опорна) поверхня різця.

Площина різання Р_n – координатна площина, дотична до ріжучої кромки в розглядуваній точці і перпендикулярна до головної площини.

Головна січна площина P_t – координатна площина, перпендикулярна лінії перетину головної площини і площини різання.

Робоча площина P_S – площина, в якій розташовані напрями швидкостей руху різання і руху подачі.

Рисунок 5. Елементи руху в процесі різання при обточуванні:

1 - напрям швидкості результуючого руху різання;

2 - напрям швидкості головного руху різання;

3 - напрям швидкості руху подачі;

4 - розглядувана точка ріжучої кромки;

h – кут швидкості різання; D_Г – головний рух різця; D_S – рух подачі μ - кут подачі.

Використовується три системи координатних площин: інструментальна, статична і кінематична.

Інструментальна система координат застосовується для виготовлення і контролю інструменту. Статична система координат (V=0, V_S=0) застосовується для наближення розрахунків кутів леза в процесі різання і для обліку зміни цих кутів після установки інструменту на верстаті.

Кінематична система координат розглядає зміни кутів в процесі різання. Вона орієнтована відносно напряму швидкості результуючого руху різання.

Розглянемо кути токарного різця в статиці.

Умова (вісь різця перпендикулярна осі заготовки, а вершина різця знаходиться на рівні осі заготовки). У головній січній площині Р_t вимірюють головні кути різця: передній кут γ – кут між передньою поверхнею леза і головною площиною; задній кут α – кут між задньою поверхнею леза і площиною різання; кут загострення β – кут між передньою і задньою поверхнями леза: між цими кутами існує залежність .

Якщо кут γ вважають позитивним і навпаки.

Рисунок 6. Кути токарного різця в статиці

У головній площині Р_v вимірюють кути в плані: головний кут в плані φ – кут між площиною різання Р_n і робочою площиною Р_S (або напрямком рухів подачі); допоміжний кут в плані φ ₁ - кут між проекцією допоміжної ріжучої кромки на головну площину і робочою площиною Р_S. Кут при вершині ε – кут між проекціями головної і допоміжної ріжучих кромок на головну площину; .

У площині різання вимірюється кут нахилу головної ріжучої кромки λ – кут між ріжучою кромкою і головною площиною.

Кут λ вважається позитивним, коли вершина різця є найнижчою точкою ріжучої кромки і негативним, коли вершина різця є найвищою точкою ріжучої кромки, і рівна нулю, коли ріжуча кромка паралельна основній площині.

Рисунок 7. Кут λ токарного різця в статиці

Головний передній кут γ сильно впливає на процес різання. З його збільшенням зменшується деформація шару, що зрізується, оскільки інструмент легше врізається в матеріал знижуються сили різання і витрата потужності, зменшуються умови сходу стружки підвищується якість обробленої поверхні. Разом з тим збільшення кута γ знижує міцність інструменту, збільшує його знос через викришування і погіршення тепловідводу. При обробці заготовок з крихких і твердих матеріалів для підвищення міцності і стійкості різців призначають менші кути γ, іноді навіть негативні, а при обробці м'яких і в'язких матеріалів кут γ збільшують. Межі кута γ від -10⁰ до +20⁰.

Головний задній кут α – слугує для зменшення тертя між задньою поверхнею леза і поверхнею різання. Проте збільшення кута α знижує міцність інструменту, тому при обробці в'язких і м'яких матеріалів застосовують різці з великим кутом α, а при обробці крихких і твердих матеріалів, а так само при великому перерізі шару, що зрізується, призначають кут α меншим. Для різних умов кут α призначається в межах 6-12⁰.

Допоміжний задній кут α ₁ - знижує тертя між, допоміжною задньою поверхнею і обробленою поверхнею заготовки.

Головний кут в плані φ істотно впливає на стійкість ріжучого інструменту і на шорсткість обробленої поверхні. Зі зменшенням кута φ знижується шорсткість поверхні, збільшується довжина активної частини головної ріжучої кромки (ширина шару, що зрізується) і зменшується товщина шару, що зрізується, що призводить до зниження теплового і силового навантажень на різець а отже і до зменшення зносу інструменту. Проте при малих кутах φ різко зростає радіальна складова сили різання, що приводить до прогинання заготовки. При цьому можливе виникнення вібрацій, що погіршує якість обробленої поверхні і підвищує знос інструменту. Кут φ призначають от 30 до 90⁰. При обробці заготовок малої жорсткості кут φ беруть близьким до 90⁰.

Допоміжний кут в плані φ ₁ служить для зменшення тертя допоміжної задньої поверхні інструменту з обробленою поверхнею. Із зменшенням кута φ ₁ знижується шорсткість обробленої поверхні збільшується міцність вершини різця і знижується його знос. Для прохідних різців при обробці жорстких заготовок без врізання беруть φ ₁= 5-10^0, а при обробці заготовок малій жорсткості і роботі з врізанням φ ₁= 30-45⁰.

Кут нахилу головної ріжучої кромки λ визначає напрям сходу стружки. При λ = 0 стружка сходить перпендикулярно головної ріжучої кромки, при позитивному куті λ стружка сходить у бік обробленої поверхні, а при негативному – до оброблюваної поверхні. Позитивний кут λ слугує також для зміцнення ріжучої кромки, оскільки у момент врізання різця ударні сили діють не на вершину різця, а на міцніше місце ріжучої кромки, віддалене від вершини. При чистовій обробці приймати кут λ позитивним не рекомендується, оскільки стружка може намотуватися на заготівку і дряпати оброблену поверхню. При чистовій обробці приймають кут λ негативний до -5⁰, а при чорновій до +5⁰.

Кут загострення β визначає форму клину головної ріжучої кромки. Чим менший кут β, тим легше врізається інструмент в оброблювану поверхню. Тому при обробці м’яких і в’язких кут β зменшують, а при обробці твердих і крихких - збільшують. Із зменшенням кута β погіршуються умови тепловідводу від ріжучої кромки і підвищується знос різця.

Значення кутів α і γ змінюються в процесі різання при установці вершини леза вище або нижче за вісь заготовки, а кути в плані φ і φ ₁ залежать від розташування осі різця відносно осі заготовки. Так, при порушенні обточування установка вершини різця вище за вісь заготовки веде до збільшення переднього кута γ і зменшення заднього кута α. При установці вершини різця нижче за вісь заготовки, навпаки кут γ зменшується, а кут α зростає. При розточуванні внутрішньої поверхні картина зі зміною кутів γ і α змінюються на обернену.

Кінематичні кути різця. В процесі різання передній γ і задній α кути змінюються, оскільки змінюються положення координатних площин. Кути в цьому випадку змінюються в кінематичній системі координат, орієнтованої щодо напряму швидкості результуючого руху різання V_е (з врахуванням подачі). Головна площина P_V буде перпендикулярна напрямку вектора результуючої швидкості V_е. Змінюються і положення площини різання P_n. У наслідок цього задній кут α зменшиться, а передній кут γ збільшиться. На рис.2 показані кут швидкості різання h – кут в робочій площині між напрямами швидкостей головного руху різання і результуючого руху різання. Кут подачі μ – кут в робочій площині між напрямами швидкостей головного руху різання і швидкості руху подачі.

Для звичайних умов обробки зміна кутів незначна і ними можна нехтувати. Але при обробці з великими подачами і при нарізуванні різьб з великим кроком ці зміни необхідно враховувати при виготовленні різців. Наприклад, у різьбового різця задній кут α з боку напряму руху подачі збільшують на 3-5⁰.

Кут різання δ - кут між площиною різання і дотичної до передньої поверхні, проведених через розглядувану точку леза.

При позитивному значенні кута і .

При негативному значенні кута

Кути різця в процесі різання.

Головні кути вимірюються головній січній площині. Найбільше значення має кут різання δ _р - кут між передньою поверхнею різця і траєкторією відносного робочого руху. Величина цього кута більшою мірою впливає на деформацію шару, що зрізується, навантаження, стійкість інструменту. Передній кут γ _р в процесі різання визначається як кут між передньою поверхнею різця і нормальною площиною. Завжди . Задній кут α _р – кут між задньою поверхнею різця і траєкторією відносного робочого руху.

При повздовжньому точінні траєкторією відносного руху якої-небудь точки леза є гвинтова лінія. Тому вектор швидкості різання відхилятиметься від вектора швидкості в статиці на кут підйому гвинтової лінії σ. Величина цього кута визначається по формулі , де S – подача мм/об, D – діаметр оброблюваної поверхні мм. Кут σ являє собою кут руху. Чим більше подача і менше діаметр оброблюваної поверхні, тим більший кут σ, а значить кінематичні кути різця будуть в більшій мірі відрізняться від кутів в статиці. При роботі із звичайними подачами кут σ не перевищує 1-2⁰. В цьому випадку можна знехтувати зміною статичних кутів в процесі різання.