Статическая система координат

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Режущий инструмент –та часть металлорежущих станков, которая непосредственно изменяет форму и размеры обрабатываемой детали, как правило, путем срезания стружки.
^

Требования к инструменту

1. 
   Работоспособность – способность осуществлять обработку резанием. Обеспечивается:

• 
  материалом режущей части и его свойствами,
• 
  геометрическими параметрами инструмента.

1. 
   Получение требуемой формы и размеров обеспечивается:

• 
  конструкцией инструментов,
• 
  размерами профиля режущих кромок,
• 
  способом крепления и базирования,
• 
  возможностью регулирования исполнительных размеров.

1. ^

Получение требуемого качества (точность и шероховатость) зависит:

• 
  от схемы резания,
• 
  геометрии инструмента,
• 
  качества рабочих поверхностей режущего лезвия,
• 
  режима обработки,
• 
  наличия СОС (смазывающее-охлаждающей среды).

1. 
   Экономическая эффективность предполагает минимум приведенных затрат на операции использования инструмента. Этот обобщенный критерий раскладывается на составляющие:

• 
  Высокая производительность характеризуется объемом металла, срезаемого в единицу времени. Высокую производительность обеспечивают следующие свойства инструмента:

• 
  возможность работы на высоких режимах и с большой суммарной длиной режущих кромок;
• 
  возможность быстрой замены после затупления или другим инструментом;
• 
  возможность быстрой размерной настройки вне станка.
• 
  высокая стойкость, которая зависит от материала режущей части, конструкции, геометрии и т.д.

• 
  Высокая экономичность инструмента достигается

• 
  уменьшением первоначальной стоимости инструмента (повышение технологичности, малый расход дорогостоящих материалов);
• 
  увеличением срока службы (повышение надежности, стойкости и числа переточек);
• 
  экономичность восстановления режущих свойств;
• 
  возможность переработки отработанного инструмента;
• 
  простота и полнота утилизации отходов инструментального материала.

• 
  Малая энергоемкость резания – минимальный расход электроэнергии на единицу объема срезаемого материала в единицу времени (малая мощность резания). Достигается уменьшением ширины срезаемого слоя с одновременным увеличением его толщины при прочих равных условиях. Оптимизация геометрических параметров.

1. 
   Удобство в обращении (установка на станке, хранение, транспортировка)

1. 
   Соответствие требованиям техники безопасности

1. 
   Дополнительные требования к инструменту в условиях

автоматизированного производства

• ^

Надежность в эксплуатации.

• 
  Универсальность.
• 
  Гибкость.
• 
  Возможность быстрой замены.
• 
  Точность и надежность базирования при установке на станке.
• 
  Возможность и быстрота размерной настройки.
• 
  Ограниченность номенклатуры компонентов.
• 
  Получение стружки удобной для отвода из зоны резания.

^

Классификация инструмента

В общем классификаторе продукции (ОКП) инструмент отнесен к 39 классу. Обозначение (код ОКП) включает 10 знаков:

Подклассы и группы приведены в таблице. Каждая группа подразделяется на подгруппы и виды.

Группа	Подкласс и его состав
39 1000	39 2000
1	-	Резцы
2	Сверла	Пилы круглые
3	Метчики	Протяжки
4	-	Инструмент зуборезный
5	Плашки (резьбонарезные)	Резьбонакатной и головки резьбонарезные
6	Зенкеры	Инструмент слесарно-монтажный
7	Развертки	-
8	Фрезы	Инструмент зажимной
9	-	Напильники и борфрезы

Пример обозначения сверл спиральных быстрорежущих с цилиндрическим хвостовиком средней серии правых, диаметром 1,55 мм, обычного исполнения, без поводка: 39 1213 3121.

^

Геометрия инструмента

Системы координат

• Инструментальная система координат

Прямоугольная система координат с началом в вершине режущего лезвия, ориентированная относительно базы крепления. Применяется для изготовления и контроля инструмента.

• ^

Кинематическая система координат

Прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно вектора скорости результирующего движения. Применяется для определения геометрии инструмента в процессе резания.

1. ^

Координатные плоскости

• 
  P_v- Основная плоскость перпендикулярна

• 
  вектору скорости главного движения (статическая система координат);
• 
  вектору скорости результирующего движения (кинематическая система координат).

В инструментальной системе координат P_vориентирована относительно базы крепления инструмента.

• 
  P_n - ^ Плоскость резания -касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная к основной плоскости.
• 
  P_τ - Главная секущая плоскость– перпендикулярная к линии пересечения основной плоскости и плоскости резания.
• 
  P_s - Рабочая плоскость– плоскость, в которой расположены векторы скоростей главного движения и движения подачи.

Углы

• 
  Передний угол –угол в секущей плоскости между передней поверхностью и основной плоскостью. Влияет на процесс стружкообразования и прочность режущего лезвия. С увеличением переднего угла уменьшается степень деформации срезаемого слоя и снижается прочность режущего лезвия.
• 
  Задний угол –угол в секущей плоскости между задней поверхностью и плоскостью резания. Увеличение заднего угла снижает силы трения по задней поверхности и прочность режущего лезвия.
• 
  Угол заострения– угол в секущей плоскости между передней и задней поверхностями резца.
• 
  ^ Угол в плане -угол в основной плоскости между плоскостью резания и рабочей плоскостью. Влияет на размеры срезаемого слоя, составляющие силы резания, теплоотвод, прочность вершины и шероховатость обработанной поверхности.
• 
  ^ Угол наклона режущей кромки– угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью. Влияет на условия первоначального контакта инструмента и заготовки, и направление схода стружки.

1. ^

Резцы

Рабочие движения резцов

Резцы - однолезвийный режущий инструмент для обработки с вращательным или поступательным главным движением и возможностью движения подачи в любом направлении.
^

Область применения резцов

Резцы применяются на станках:

• 
  токарных;
• 
  револьверных;
• 
  карусельных;
• 
  расточных;
• 
  строгальных;
• 
  долбежных.

^

Классификация резцов

1. Классификация резцов по характеру обработки

• 
  черновые( Sо = 0,4…0,8 мм/об; t = 4…10 мм);
• 
  получерновые; ( Sо = 0,2…0,4 мм/об; t = 1,5…4 мм);
• 
  чистовые(Sо = 0,2…,04 мм/об; t = 1,5…4 мм);
• 
  для тонкого точения(Sо = 0,05…0,2 мм/об; t= 0,2…2 мм),

где Sо – подача на оборот, t – глубина резания.

1. ^

Правый левый

• 
  Радиальные -с поперечной подачей в радиальном направлении
• 
  Тангенциальные -с подачей по касательной к обработанной поверхности.

радиальный резец тангенциальный резец

1. ^

Рабочая часть резцов

1. Твердость рабочей части

• 
  Для резцов из быстрорежущих сталей определяется режимами термообработки и химическим составом сталей и для вольфрамовых и вольфрамомолибденовых сталей должна быть HRCэ 62…65, а для кобальтовых, ванадиевых и кобальтованадиевых быстрорежущих сталей с массовой долей ванадия не менее 3% и кобальта не менее 5% - HRCэ 63…67.
• 
  Твердость рабочей части резцов из твердых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых материалов определяется свойствами этих материалов.

1. ^

Геометрия резцов

• 
  Передний угол γзависит от свойств обрабатываемого материала и материала инструмента.

С увеличением прочности и твердости обрабатываемого материала оптимальный передний угол уменьшается, а с увеличением прочности инструментального материала – возрастает.
Передние углы заметно влияют на интенсивность вибраций. С уменьшением γ вибрации усиливаются.

При работе с толщиной среза а > 0,2 мм на передней поверхности целесообразно делать фаску шириной от 0,2 до 1,0 мм (табл.1.).

Таблица 1.

	Ширина фаски	γф	γ
Быстрорез	f = а	00 …50	250 … 300
Твердый сплав	f = (1,5…2) а	-50 …-100	100 … 250

При обработке хрупких материалов, форма передней поверхности с фаской неэффективна.

• 
  Задний угол αслужит для уменьшения трения между задней поверхностью и поверхностью резания.

Чрезмерное увеличение заднего угла приводит к снижению прочности и ухудшению теплоотвода. Обычно уголαпринимают равным 6…12°

Оптимальное значение α, обеспечивающее максимальную стойкость, зависит от толщины срезаемого слоя. С увеличением толщины срезаемого слоя оптимальный задний угол уменьшается.

При обработке твердых и прочных материалов величины задних углов уменьшаются, а при обработке легких сплавов - увеличиваются.

Для уменьшения вибраций при обработке задние углы приходиться уменьшать.

• 
  Главный угол в плане φ влияет:

• 
  на размеры поперечного сечения срезаемого слоя;
• 
  на стойкость резца;

• 
  на шероховатость обработанной поверхности.

Угол φвыбирают в зависимости от жесткости станка и заготовки, а также от типа и конструкции резца. Его значения находятся в пределах

10° ≤ φ ≤ 100°

• 
  Угол наклона режущей кромки λоказывает влияние:

• 
  на направление схода стружки;
• 
  на последовательность вступления в работу различных точек режущей кромки;
• 
  на ее активную длину;
• 
  на плавность врезания и выхода режущей кромки из контакта с заготовкой.

Значения угла λнаходятся в пределах −15° ≤ λ ≤ 45°. При λ >6° резко возрастают силы P_yи P_z(а P_х - уменьшается), что предъявляет повышенные требования к жесткости системы СПИД.

• 
  Р адиус закругления вершины резца rвлияет на работу резца примерно так же, как и углы в плане.

С увеличением r

• 
  прочность режущей кромки у вершины возрастает,
• 
  стойкость повышается,
• 
  шероховатость обработанной поверхности снижается.

Но при этом резко возрастает P_у , что способствует увеличению отжима заготовки и появлению вибраций.

• 
  Оформление передней поверхности:

1. 
   плоская – для обработки прочных сталей, чугуна, хрупких материалов,
2. 
   ломанная,
3. 
   криволинейная – способствует завиванию стружки. С увеличением толщины срезаемого слоя радиус выемки увеличивается. Рекомендуется при обработке мягких, пластичных сталей, вязких цветных металлов и легких сплавов.

9. Стружколомы

При определенных условиях обработки (вязкий обрабатываемый материал, режимы резания и т.п.) образуется сливная (длинная непрерывная стружка).

Это затрудняет процесс резания, опасно для станочника, создает проблемы со стружкоотводом и ее хранением. Для получения короткой стружки (обычно длиной в несколько сантиметров – рис.) используют стружколомание.

Стружколомание и стружкозавивание необходимо при скоростном точении, при обработке труднообрабатываемых материалов и особенно на станках с ЧПУ и автоматических линиях.

^ Виды стружколомания

• 
  В процессе резания благодаря правильно выбранным геометрии инструмента и параметрам режима резания

• 
  От соприкосновения с задней поверхностью пластины или корпуса резца. Может привести к поломке режущей пластины

• 
  При контакте с обрабатываемой деталью, что может привести к увеличению шероховатости
• 
  Стружка ломается о специальный стружколом, прикрепленный на режущий инструмент или станок.

Виды стружколомов:

• 
  Уступы и лунки на передней поверхности, получаемые в процессе изготовления пластинки или инструмента.

• 
  Не универсальны, так как их параметры зависят от конкретных условий обработки (обрабатываемого материала, подачи).

• 
  Накладные стружколомы

• 
  нерегулируемые, из твердого сплава и припаянные к передней поверхности пластины (г),
• 
  регулируемые - более эффективны при различных режимах обработки (д, е).

^

Твердосплавные резцы

10. Форма сменных пластин

• 
  Правильный трехгранник, наиболее универсальная пластинка, может использоваться в резцах, работающих с врезанием и с продольной подачей в прямом и обратном направлении, а с точки зрения удельного расхода твердого сплава на одну режущую кромку наиболее экономичны.

Недостатком этой формы является малая прочность вершины

• 
  ^ Пластинки неправильной трехгранной формы имеют усиленную вершину, но уменьшенную длину режущей кромки, а также увеличенный удельный расход твердого сплава по сравнению с предыдущей.

• 
  ^ Пластинки квадратной формы достаточно универсальны при среднем удельном расходе сплава на одну режущую кромку, производительны и эффективны. Наиболее распространенная форма для резцов из минералокерамики

• 
  ^ Пластины пятигранной и шестигранной формы не эффективны при работе врезанием, используются для черновых и проходных резцов, удельный расход твердого сплава на режущую кромку достаточно велик, но в проходных резцах он компенсируется повышенной стойкостью резцов, что объясняется высокой прочность пластины. В зарубежной практике пятигранные пластины практически не применяются, а шестигранные имеют ограниченное применение.

• 
  ^ Пластинки ромбической и параллелограммной формы используются при контурной обработке и в этом случае оказываются достаточно эффективными, хотя с точки зрения рационального использования длины режущей кромки и удельного расхода твердого сплава они уступают пластинкам других форм.

1. ^

Задний угол на пластине

Пластинки без заднего угла (типа N) называют отрицательными. Некоторые пластинки этого типа можно использовать в перевернутом положении, получая дополнительные режущие кромки

Пластинки с задним углом называют положительными.

1. ^

Обозначение державок

• 
  для наружного точения

1	2	3	4	5		6	7	8		9	10
М	W	L	N	R	-	25	25	M	-	08	W

• 
  для расточных резцов

11	12	8		1	2	3	4	5		9	10
S	32	S	-	M	W	L	N	R	-	08	W

1	Способ крепления пластины

С - крепление прихватом.
Р – рычагом или клином

через отверстие.
М – прихватом сверху и

зажим через отверстие.
S - винтом через отверстие

пластин с задним углом

Х – самозажим
G – винтовой зажим

2	Форма пластины

3	Тип резца по углу в плане

4	Задний угол	6	Высота державки
7	Ширина державки
5	Направление резания	9	Длина режущей кромки

8	Длина резца	10	Данные завода изготовителя
	11	Исполнение державки
S – Стальная державка A – Стальная державка с отверстиями под СОЖ C – Твердосплавная державка E - Твердосплавная державка с отверстиями под СОЖ
12	Диаметр державки (мм)

1. ^

Типы резцов

14. Отрезные резцы и канавочные резцы

• 
  Отрезные резцы служат для отреза­ния материала от прутков сравнитель­но небольшого диаметра. Они выполняются с оттянутой головкой, т. е. ширина головки выполняется мень­ше ширины тела резца. Длина оттянутой головки выбирается из расчета свобод­ной отрезки заготовки.

Отрезные резцы работают в весьма тяжелых условиях, так как их рабочая часть имеет малую жесткость, а отвод стружки из зоны ре­зания затруднен. Головка резца имеет относительно малую толщину 3…10 мм (а = 0,6D^0,5). Чтобы не ослаблять в значительной степени головку, для отрезных резцов приходит­ся принимать небольшие значения уг­лов (порядка 1…3°) в плане φ₁ и задних углов a₁ на вспомогательных боковых режущих кромках.

Это приводит к воз­растанию трения, особенно при неточ­ной установке резца или его некачест­венной заточке. Поэтому при работе отрезными резцами, оснащенными твер­дым сплавом, часто происходят выкра­шивания и сколы режущей части, а так­же отрывы пластинки от державки рез­ца.

Для повышения прочности соеди­нения пластинки с державкой целесооб­разно пластинку, снабженную скоса­ми, напаивать в угловой паз державки (рис. , а), что соответственно увеличи­вает площадь прилегания ее к державке. Кроме того, боковые стенки паза препят­ствуют смещению пластинки под дейст­вием боковых усилий, возникающих в процессе работы резца.

С целью повышения прочности и жест­кости головки высота ее делается боль­ше высоты стержня (рис. 15, 6).

Oтрезной резец при работе обычно не срезает весь металл среза, так как в определенный момент отрезаемая заго­товка отламывается и в центре остается несрезанный стержень. Если необходимо полностью обработать один из торцов, не оставляя на нем центрального стерж­ня, то главную режущую кромку резца оформляют под углом φ = 75°… 80°, в то время как у обычных отрезных резцов угол в плане φ = 90°.

Находят применение также отрезные резцы с симметричной ломаной режу­щей кромкой (рис. 15, г) с углами в плане φ = 60°…80°. Такое оформление режущей части резца облегчает его вре­зание в заготовку, улучшает условия схода стружки, снижает возможность увода резца. С этой же целью на отрез­ных резцах с углом φ = 90°выполняютфаски f с обеих сторон размером 1­…1,5 мм под углом 45°.

• 
  С борные отрезные резцы

А) Державка со стандартным поперечным сечением корпуса обеспечивает:

• 
  более надежное крепление пластинки винтом;
• 
  высокую жесткость.

Технологические возможности ограниченны небольшими глубинами из-за фиксированной длины пластинчатой части.

Б) ^ Корпус-лезвие со вставными пластинами крепится в резцовом блоке. Используется при обработке больших диаметров

Закрепление пластины за счет пружинящих свойств корпуса

• 
  Канавочные резцы

дляпрорезания наружных, внутренних и торцовых канавок

А) С обычной державкой

Б) с пластинчатым корпусом

1. ^

Фасонные резцы

Фасонные резцы при­меняют для обработки деталей с различной формой образующей. По сравнению с обычными резцами они обеспечивают

• 
  идентичность формы,
• 
  точность размеров детали, которая зависит в основном от точности изготовления резца,
• 
  высокую производительность благодаря одновре­менной обработке всех участков фасон­ного профиля детали,
• 
  большую эко­номию машинного времени,
• 
  удобство в эксплуатации благодаря простоте пере­точки по передней поверхности.

Фасонные резцы используют на токар­ных и револьверных станках, автоматах и полуавтоматах. Резцы проектируют для обработки конкретной детали, и их при­менение экономически оправдано при круп­носерийном и массовом производстве.

1. ^

Новые конструкции резцов

17. Резцы с тангенциальным креплением пластины

Р асположение пластины вдоль задней грани резца обеспечивает увеличение толщины пластины при одновременном уменьшении ее ширины. Увеличивается прочность пластины. Благодаря этому увеличивается предельно допустимая подача до 1,5 раз, увеличивается число допустимых переточек при преимущественном износе по передней поверхности, снижается вероятность поломки пластины.

Т ангенциальное крепление пластины обеспечивает высокую жесткость даже при обработке с большими подачами, при которых возникают большие механические нагрузки. Для того, чтобы минимизировать силы резания и улучшить сход стружки, пластина снабжена винтовой наклонной режущей кромкой с положительным передним углом. Стружка сходит без помех со стороны элементов крепления. Специальный стружколом обеспечивает дробление стружки на черновых режимах.

18. Wiper

Зачистные пластины Wiper позволяют производить высокопроизводительную чистовую и получистовую обработки. Изменение радиуса при вершине пластины позволяет увеличение подачи в 2 раза при неизменной чистоте обработки

19. GRIP

Многофункциональная система, позволяющая производить 8 видов обработки при помощи одной пластины:

• 
  н аружную прорезку,
• 
  наружное точение,
• 
  глубокую прорезку,
• 
  отрезку,
• 
  внутреннюю прорезку,
• 
  внутреннее точение,
• 
  торцовую прорезку,
• 
  торцовое точение.

О сновной принцип работы данного резца заключается в изгибе державки под действием сил, в результате чего возникает угол (a), величина которого зависит от сил резания и может изменяться в зависимости от подачи (f), глубины резания (a_p), вылета державки (Т), ширины режущей кромки, скорости резания и обрабатываемого материала. Когда все перечисленные факторы в процессе резания остаются постоянными достигается высокая точность обработки до ±0,01 мм

Использование системы GRIP улучшает качество чистовой обработки в сравнении с резцами ISO в аналогичных условиях.

1. ^

Достоинства

• 
  Улучшенный доступ к детали при минимальном вылете инструмента
• 
  Надежность и жесткость всех соединений
• 
  Подточки в осевом и радиальном направлении позволяют выполнять

расточку

^

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Режущий инструмент –та часть металлорежущих станков, которая непосредственно изменяет форму и размеры обрабатываемой детали, как правило, путем срезания стружки.
^

Требования к инструменту

1. 
   Работоспособность – способность осуществлять обработку резанием. Обеспечивается:

• 
  материалом режущей части и его свойствами,
• 
  геометрическими параметрами инструмента.

1. 
   Получение требуемой формы и размеров обеспечивается:

• 
  конструкцией инструментов,
• 
  размерами профиля режущих кромок,
• 
  способом крепления и базирования,
• 
  возможностью регулирования исполнительных размеров.

1. ^

Получение требуемого качества (точность и шероховатость) зависит:

• 
  от схемы резания,
• 
  геометрии инструмента,
• 
  качества рабочих поверхностей режущего лезвия,
• 
  режима обработки,
• 
  наличия СОС (смазывающее-охлаждающей среды).

1. 
   Экономическая эффективность предполагает минимум приведенных затрат на операции использования инструмента. Этот обобщенный критерий раскладывается на составляющие:

• 
  Высокая производительность характеризуется объемом металла, срезаемого в единицу времени. Высокую производительность обеспечивают следующие свойства инструмента:

• 
  возможность работы на высоких режимах и с большой суммарной длиной режущих кромок;
• 
  возможность быстрой замены после затупления или другим инструментом;
• 
  возможность быстрой размерной настройки вне станка.
• 
  высокая стойкость, которая зависит от материала режущей части, конструкции, геометрии и т.д.

• 
  Высокая экономичность инструмента достигается

• 
  уменьшением первоначальной стоимости инструмента (повышение технологичности, малый расход дорогостоящих материалов);
• 
  увеличением срока службы (повышение надежности, стойкости и числа переточек);
• 
  экономичность восстановления режущих свойств;
• 
  возможность переработки отработанного инструмента;
• 
  простота и полнота утилизации отходов инструментального материала.

• 
  Малая энергоемкость резания – минимальный расход электроэнергии на единицу объема срезаемого материала в единицу времени (малая мощность резания). Достигается уменьшением ширины срезаемого слоя с одновременным увеличением его толщины при прочих равных условиях. Оптимизация геометрических параметров.

1. 
   Удобство в обращении (установка на станке, хранение, транспортировка)

1. 
   Соответствие требованиям техники безопасности

1. 
   Дополнительные требования к инструменту в условиях

автоматизированного производства

• ^

Надежность в эксплуатации.

• 
  Универсальность.
• 
  Гибкость.
• 
  Возможность быстрой замены.
• 
  Точность и надежность базирования при установке на станке.
• 
  Возможность и быстрота размерной настройки.
• 
  Ограниченность номенклатуры компонентов.
• 
  Получение стружки удобной для отвода из зоны резания.

^

Классификация инструмента

В общем классификаторе продукции (ОКП) инструмент отнесен к 39 классу. Обозначение (код ОКП) включает 10 знаков:

Подклассы и группы приведены в таблице. Каждая группа подразделяется на подгруппы и виды.

Группа	Подкласс и его состав
39 1000	39 2000
1	-	Резцы
2	Сверла	Пилы круглые
3	Метчики	Протяжки
4	-	Инструмент зуборезный
5	Плашки (резьбонарезные)	Резьбонакатной и головки резьбонарезные
6	Зенкеры	Инструмент слесарно-монтажный
7	Развертки	-
8	Фрезы	Инструмент зажимной
9	-	Напильники и борфрезы

Пример обозначения сверл спиральных быстрорежущих с цилиндрическим хвостовиком средней серии правых, диаметром 1,55 мм, обычного исполнения, без поводка: 39 1213 3121.

^

Геометрия инструмента

Системы координат

• Инструментальная система координат

Прямоугольная система координат с началом в вершине режущего лезвия, ориентированная относительно базы крепления. Применяется для изготовления и контроля инструмента.

• ^

Статическая система координат

Прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно вектора скорости главного движения. Применяется для определения изменения геометрии инструмента при его установке на станке.

• ^