Рассмотрим кинематическое изменение углов проходного упорного резца при токарной обработке с продольной подачей ( ) (рис.15).

При отсутствии движения подачи D_S углы резца рассматриваются в статической системе координат и соответственно равны и . В результате суммирования двух движений главного Dr и подачи Ds статическая система координат поворачивается на угол τ и переходит в кинематическую систему координат, которая уже ориентирована относительно направления вектора скорости результирующего движения (Ve), а углы будут равны и .

Рис.15 Кинематическое изменение углов резца при точении с

продольной подачей

Как видно из рисунка, передний угол g увеличился, а главный задний угол a уменьшился на величину угла τ:

Величину угла можно найти как

С учетом этого

Если угол j будет отличен от 90^о (j¹90°), то величина угла будет равна

а выражение для определения углов и будут равны:

Для обычных условий обработки угол τ имеет небольшое значение и им можно пренебречь, но в случае нарезания резьбы или при обработке с большими подачами эти изменения нужно учитывать.

Токарная обработка с поперечной подачей

Рис.16 Кинематическое изменение углов резца при точении с

поперечной подачей(обрезка заготовки)

По аналогии с предыдущим случаем имеем (рис.16):

Из полученных выражений следует, что главный задний угол надо выбирать таким, чтобы на любом диаметре угол αк был больше нуля.

Предпосылки, положенные в основу оптимальной геометрии инструмента

Для рациональной эксплуатации режущего инструмента он должен быть наделен оптимальной геометрией.

Под оптимальной геометрией понимается такое сочетание формы передней поверхности и значений углов режущей части, которое обеспечивает:

– достаточную прочность режущего клина инструмента;

– заданное качество обработанной поверхности;

– минимальные усилия резания;

– снижение износа инструмента.

Назначение и выбор переднего угла

Передний угол может быть положительным, отрицательным и равным нулю (рис.17).

Рис.17 Передний угол резца: положительный(а),

равный нулю(б), отрицательный(в)

Передний угол предназначен для облегчения процесса резания. При увеличении положительного переднего угла снижается деформация обрабатываемого материала и силы резания, но с другой стороны снижается прочность режущего клина, т.к. уменьшается угол заострения .

П ередний угол оказывает влияние на величину и направление силы резания, прочность режущего клина и период стойкости инструмента. Передний угол для инструмента из быстрорежущей стали всегда положительный или равен нулю. Для инструмента из твердого сплава он может быть как положительным, так и отрицательным. Отрицательные передние углы для твердосплавного инструмента мера вынужденная и связана с низкой прочностью на изгиб твердого сплава. Передний угол выбирается из предпосылок: с одной стороны он должен как можно больше облегчать процесс резания, с другой – обеспечивать достаточную прочность режущего клина инструмента.

Назначение и выбор заднего угла

Задний угол a предназначен для снижения трения на задней поверхности инструмента. Он оказывает влияние на прочность режущего клина, период стойкости инструмента, качество обработанной поверхности. С увеличением заднего угла уменьшаются силы резания, высота микронеровностей, повышается период стойкости инструмента, но снижается прочность режущего клина из-за уменьшения угла заострения . Задний угол в ыбирается из тех же предпосылок, что и передний угол.

С точки зрения процесса резания нужно создавать как можно большие задние углы, но с другой стороны это снижает прочность режущего клина инструмента.

При чистовой (окончательной) обработке необходимо выбирать большие задние углы, чем при черновой (предварительной). При черновой обработке и снятии большого слоя материала важна прочность режущего клина и, следовательно, задние углы должны быть меньше.

Выбор угла наклона главной режущей кромки

Угол наклона главной режущей кромки ( ) оказывает влияние на шероховатость обработанной поверхности, т.к. определяет направление схода стружки, и прочность режущего клина инструмента.

Рис.18 Угол наклона главной режущей кромки:

положительный(а), равный нулю(б) и отрицательный(в)

Угол l может быть положительным, отрицательным, равным нулю (рис.18). Угол λ является отрицательным, когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки, положительным – наинизшей точкой.

Если угол l=0 стружка будет сходить в сторону уже обработанной поверхности, так как скорость резания (а, следовательно, и скорость стружки) в т. В > скорости резания в т. А (рис.19,а). Такое направление схода стружки будет ухудшать шероховатость обработанной поверхности.

Если угол l будет положительным, стружка тем более будет сходить в сторону уже обрабатываемой поверхности, так как в эту сторону направлен вектор скорости Vр (рис.19, б).

Рис.19 Влияние угла наклона главной режущей кромки на

направление схода стружки(вид по стрелке «В» увеличен)

В случае отрицательного угла l, стружка будет сходить в направлении вектора скорости V_Р в сторону обрабатываемой поверхности (рис.19,в). Следовательно, при чистовой обработке l должен быть отрицательным, при черновой – положительным или равным нулю.

С точки зрения прочности режущего клина инструмента необходимо выбирать углы l положительные или равные нулю. Это связано с тем, что при отрицательном угле l наибольшая нагрузка приходится на вершину резца, которая является наименее прочным местом режущей части. При положительном угле l или равном нулю нагрузка приходится не на вершину резца, а на удаленное от нее место режущей кромки, которое более прочно, чем вершина.

Выбор главного и вспомогательного углов в плане

Эти углы оказывают влияние на шероховатость обработанной поверхности и на износ инструмента.

Уменьшение углов j и j₁ приводит к снижению шероховатости обработанной поверхности и повышению периода стойкости инструмента, но в то же время - к увеличению силы отжимающей резец от заготовки (сила Р_у), что может привести к возникновению вибраций. Поэтому главный угол в плане должен выбираться исходя из жесткости заготовки.

При чистовой обработке жестких заготовок угол φ необходимо брать меньше, чтобы обеспечить более высокую работоспособность инструмента и меньшую высоту микронеровностей обработанной поверхности, при обработке нежестких заготовок необходимо учитывать вероятность возникновения вибраций (для уменьшения составляющей силы резания Р_у следует увеличивать главный угол в плане).

Вспомогательный угол в плане для резцов обычно берется в пределах 10-30^о.

Выбор радиуса при вершине резца

Влияние радиуса при вершине на процесс резания аналогично влиянию главного угла в плане j. Увеличение радиуса влечет за собой увеличение силы резания, отжимающей резец от заготовки, что может привести к возникновению вибраций; увеличение радиуса – уменьшает высоту микронеровностей обработанной поверхности.

Форма передней поверхности

Передняя поверхность оформляется в двух вариантах – плоской и криволинейной (рис.20).

1) Плоская форма передней поверхности применяется для обработки твердых и хрупких материалов (чугун, бронза и др.).

Рис.20 Форма передней поверхности резцов

2) Криволинейная - для обработки вязких и мягких материалов (сталь и др.). Выкружка (канавка) радиусом R предназначена для завивания стружки.

Для упрочнения режущего клина на передней поверхности инструмента делается фаска . Для твердосплавного инструмента фаска располагается под отрицательным углом ( ), для быстрорежущего – под положительным или равным нулю.