Элементы режимов резания при точении
Элементами процесса резания являются скорости движений резания и глубина резания. Совокупность этих элементов называется «режим резания».
Скорость резания V — путь, пройденный наиболее отдаленной от оси вращения точкой поверхности резания относительно режущей кромки резца за единицу времени (м мин). Скорость резания зависит от частоты вращения и диаметра обрабатываемой заготовки. Чем больше диаметр D заготовки, тем больше скорость резания при одной и той же частоте вращения, так как за один оборот заготовки (или за одну минуту) путь, пройденный точкой А на поверхности резания (рис. 1.2), будет больше пути, пройденного точкой Б (πD>πd) .
Рис. 1.2. Данные для определения скорости резания при точении
Размерность скорости резания: для лезвийной обработки — м/мин, для абразивной обработки — м/с. Если главное движение является вращательным, то для лезвийной обработки
V= πDn/1000;
для шлифования
V= πDn/(1000*60),
где D — наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки или диаметр вращающегося инструмента, мм; п — частота вращения заготовки (инструмента), об/мин.
Если известна скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента v и диаметр заготовки D , можно определить требуемую частоту вращения заготовки и настроить на частоту шпинделя:
n=1000v/πD, об/мин
Если главное движение является возвратно-поступательным, а скорости рабочего и холостого ходов разные, средняя скорость, м/мин, равна
Vcp =(K + 1)Lm/1000,
где К = Vpx/Vxx — коэффициент отношения скорости рабочего хода Vpx к скорости холостого хода Vxх;
L — расчетная длина хода резца, мм;
т — число двойных ходов резца в минуту.
Скорость движения подачи (подача) S — путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в единицу времени в направлении движения подачи. Различают:
подачу в минуту (минутную) Sм — перемещение режущего инструмента в минуту, мм/мин;
подачу на оборот S0 — перемещение режущего инструмента за один оборот заготовки или инструмента, мм/об;
для многозубых инструментов — подачу на зуб Sz — перемещение режущего инструмента за время поворота на угол, равный угловому шагу зубьев, мм/зуб;
подачу на двойной ход S2x — перемещение режущего инструмента за один двойной ход, мм/2х.
SM = SOn= Sznz = S2х,
где z — число зубьев инструмента.
При точении различают продольную подачу, направленную вдоль оси заготовки; поперечную подачу, направленную перпендикулярно оси заготовки; наклонную подачу под углом к оси заготовки (при обработке конической поверхности).
Глубина резания t— кратчайшее расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями, мм. При точении (рис. 1.3, а) глубина резания равна
t = 0,5(D3 - d),
где D3 и d — соответственно диаметры заготовки и обработанной поверхности, мм.
При растачивании (рис. 1.3, б) глубина резания представляет собой полуразность между диаметром отверстия после обработки и диаметром отверстия до обработки. При подрезании глубиной резания являемся величина срезаемого слоя, измеренная перпендикулярно к обработанному торцу (рис. 1.3, в) и при отрезании и прорезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом (рис. 1.3, г).
Рис. 1.3. Глубина резания при различных видах обработки. а - наружное точение (обтачивание), б - растачивание, в - подрезание торца, г - отрезание
3. Виды резцов и их геометрические параметры
Токарные резцы подразделяются по назначению, материалу рабочей части, форме головки и направлению подачи, конструкции, сечению стержня и т.д.
По назначению различают резцы проходные, подрезные, отрезные, расточные, галтельные, фасонные и резьбовые.
Токарные резцы применяют:
- проходные – для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей;
- расточные – проходные и упорные – для растачивания глухих и сквозных отверстий;
- отрезные – для отрезания заготовок и точения канавок;
- резьбовые – для нарезания наружных и внутренних резьб;
- фасонные – для обработки фасонных поверхностей;
- галтельные – для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу.
По направлению подачи проходные резцы подразделяют на правые и левые.
По форме головки и ее расположению резцы подразделяются на прямые, отогнутые и изогнутые.
По конструкции резцы могут быть цельные, с приваренной встык головкой, с припаянной пластинкой и с механическим креплением режущих пластин. В качестве материала рабочей части обычно используют быстрорежущие стали, твердые сплавы и металлокерамику.
По сечению стержня различают резцы прямоугольные, квадратные и круглые.
Токарный прямой проходной резец (рис. 3.1) состоит из рабочей части (головки) 2 и тела (стержня) 3. Тело резца служит для его установки и закрепления в резцедержателе. Рабочая часть резца образуется при его заточке и содержит следующие элементы: передняя поверхность 4 (поверхность, по которой сходит стружка); главная задняя поверхность 7 (она наиболее развита и направлена по движению подачи); вспомогательная задняя поверхность 7 (направлена против движения подачи). Пересечение передней и главной задней поверхностей дает главную режущую кромку 6, пересечение передней и вспомогательной задней поверхностей дает вспомогательную режущую кромку 5. Режущие кромки пересекаются в вершине резца 8. Расположение поверхностей и кромок резца определяется его заточкой (геометрия инструмента).
Рис. 3.1. Элементы и части прямого токарного проходного резца:
1 — вспомогательная задняя поверхность; 2 - головка резца; 3 — тело резца; 4 — передняя поверхность; 5, 6 — вспомогательная и главная режущие кромки соответственно; 7 — главная задняя поверхность; 8 — вершина резца
Для определения углов, под которыми располагаются элементы инструмента, вводят координатные плоскости. Рассматривают три системы координат: инструментальную, статическую и динамическую. В инструментальной системе координат инструмент рассматривается как геометрическое тело. В статической системе координат скорость главного движения отлична от нуля, а скорость движения подачи равна нулю. В динамической системе координат скорости главного движения и движения подачи отличны от нуля.
Рис 3.2. Координатные плоскости токарного проходного резца:
Dr – движение резания; DS – движения подачи; Pv - основная плоскость; Pn – плоскость резания
Рассмотрим геометрию режущей части инструмента в статической системе координат на примере токарного проходного резца (рис. 3.3).
Главные углы рассматриваются в главной секущей плоскости Рх. Главный задний угол α — угол между касательной к главной задней поверхности в рассматриваемой точке главной режущей кромки и плоскостью резания. Наличие угла уменьшает трение между обработанной и главной задней поверхностями, что увеличивает стойкость инструмента. Однако чрезмерное увеличение угла приводит к уменьшению прочности режущего лезвия. Величина угла — в пределах 5... 10° и выбирается в зависимости от упругих свойств обрабатываемого материала. Для тех видов обработки, при которых скорость подачи соизмерима со скоростью главного движения (нарезание резьбы), угол выбирается в пределах 8... 14°.
Углом заострения β называется угол между передней и главной задней поверхностями резца.
Главный передний угол γ — угол между основной плоскостью и передней поверхностью. Он может быть положительным (если передняя поверхность расположена ниже основной плоскости), равным нулю (передняя поверхность совпадает с основной плоскостью) и отрицательным (если передняя поверхность расположена выше основной плоскости). При обработке низкоуглеродистых и низколегированных сталей быстрорежущим инструментом угол γ выбирают в пределах 12... 18°. При обработке вязких материалом угол увеличивают, а при обработке хрупких и твердых материалов — уменьшают вплоть до отрицательных значений.
Рис. 3.3. Углы резца в статической системе координат:
Dr — движение резания; Ds — движение подачи; Pv — основная плоскость; Рn—плоскость резания; Рτ— главная секущая плоскость; α, γ — главные задний и передний углы; φ, φ1— главный и вспомогательный углы в плане; λ— угол наклона главной режущей кромки
Углы в плане рассматриваются между направлением движения подачи и проекцией соответствующей режущей кромки на основную плоскость. Главный угол в плане φ — угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи. Вспомогательный угол в плане φ1 — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи. При обработке деталей малой жесткости угол φ берут близким или равным 90°, так как в этом случае радиальная сила, вызывающая изгиб детали, минимальна. В зависимости от условий работы принимают φ= 10. . .90°. Наиболее распространенной величиной угла резца в плане при обработке на универсальных токарных станках является φ=45°. Вспомогательный угол в плане φ1=0...45°; наиболее распространен φ1=12...15°.
Угол наклона главной режущей кромки λ — это угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью, проведенной через вершину резца. Если вершина резца является высшей частью главной режущей кромки, λ > 0; если совпадает с основной плоскостью, λ = 0; если вершина является низшей частью главной режущей кромки, λ < 0. С увеличением угла ухудшается качество обработанной поверхности. Но чаще всего выбор величины и знака угла определяется направлением схода стружки. При отрицательных значениях угла λ стружка сходит по направлению движения подачи, что безопасно при работе на универсальных станках; при положительных — стружка сходит по направлению против движения подачи, что безопасно при работе на станках с автоматическим и полуавтоматическим циклом. Положительные углы применяются при обработке отверстий для того, чтобы стружка выходила из отверстия.
Угол наклона главной режущей кромки λопределяет направление схода стружки. При положительном к стружка имеет направление на обработанную поверхность, при отрицательном λ— на обрабатываемую поверхность.