1.2.3. Изменения углов заточки режущих инструментов при установке и в процессе резания

Процесс резания осуществляется перемещением режущего инструмента относительно поверхности обрабатываемой детали. В зависимости от положения плоскости резания в процессе обработки углы инструмента могут изменяться, что наблюдается, когда плоскость резания занимает иное положение, чем в статической системе координат. Кроме того, геометрические параметры режущей части инструментов, полученные после заточки, изменяются, или трансформируются, в результате изменения положения резца относительно основной плоскости; при установке вершины резца выше или ниже оси центра станка или детали; вследствие изнашивания рабочих поверхностей инструмента.

Предположим, что процесс резания осуществляется по схеме, указанной на рис. 5, где в качестве инструмента используется призматический брусок со статическими углами  = 0°,  = 0°. На рис. 5, а отсутствует движе­ние подачи, плоскость резания при обработке совпадает со статической, поэтому кинематические углы соот­ветствуют статическим. Инструмент имеет угол  = 0°, в результате чего увеличивается трение между задней и обрабатываемой поверхностями. Для уменьшения тре­ния необходимо на инструменте создать положительный задний угол .

а б

Рис. 5. Схема изменения статических углов резца в процессе резания: а –  = 0°; б –   0°

В данном случае траек­торией движения рассматриваемой точки лезвия является наклонная прямая ОB, параллельная вектору скорости резания

Теперь предположим, что инструменту сообщается одновременно два движения резания (см. рис. 5, б). Одно из движений (главное) совершается со скоростью v, вто­рое (движение подачи) – со скоростью v_s. Результирую­щей скоростью будет скорость v_e. Эта прямая – след плоскости резания в процессе обработки. Таким образом, плоскость резания занимает иное положение, чем в статике, так как след плоскости резания в статике – прямая ОА. Статический передний угол  = 0°, кинематический передний угол _к приобретает положительное значение. Статический задний угол  = 0° (в процессе резания он имеет отрицательное значение). В этом случае осущест­вление процесса резания возможно лишь при условии смятия, пластического деформирования и выдавливания задней поверхностью слоя С материала обрабатываемой детали, препятствующего движению по направлению вектора v_e. Чтобы создать нормальные условия резания, необходимо обеспечить задний угол  больший, чем угол :

tg  = .

На рис. 6 упрощенно показана работа резца при продольном точении с  = 90° и  = 0°.

а б в

Рис. 6. Изменение углов резца в процессе работы: а – продольное точение; б – поперечное точение; в – развертка траектории точки режущей кромки резца

Режущая кромка резца установлена на уровне оси заготовки: B–В – положение плоскости резания при вращении заготовки и отсутствии подачи (точки режущей кромки описывают окружности, касательная к ним занимает вертикальное положение); А–А – положение плоскости резания, ка­сательной к винтовой поверхности резания, при работе с включенной подачей; _к – кинематический задний угол;  – угол между направлениями скоростей резуль­тирующего движения резания и главного движения, называемый углом скорости резания.

Поверхность резания в кинематике будет ближе к зад­ней поверхности резца. В результате изменения положе­ния плоскости резания задний угол уменьшается: _к =  – .

Если развернуть на плоскость окружность вращения и винтовую траекторию точки режущей кромки, мы получим треугольник, в котором катетами будут подача и окружность вращения, а гипотенузой – винтовая траек­тория, отсюда  = arctg(S_o/D).

С увеличением подачи увеличивается наклон винто­вой траектории точки режущей кромки (эти траектории образуют поверхность резания), а кинематический задний угол уменьшается. Разные точки режущей кромки нахо­дятся на различных диаметрах заготовки, а следова­тельно, наклон их винтовых траекторий будет различным. Чем меньше диаметр заготовки, тем значительнее умень­шается задний угол в процессе работы, так как наклон винтовой траектории больше.

Если резец имеет угол в плане  = 90°, направление подачи и секущей плоскости, в которой измеряется угол , совпадает. Если угол   90°, угол между положениями плоскости резания, измеренный в главной секущей пло­скости, можно определить по формуле tg _ = tg  · sin , кинематический задний угол в главной секущей пло­скости _к =  – _.

При поперечном точении, при отрезании детали точки режущей кромки описывают архимедову спираль, сле­довательно, касательная к поверхности резания и пло­скость резания также будут отклоняться от касательной к окружности вращения и кинематический задний угол резца будет меньше.

Чем больше подача и меньше диаметр, на котором расположена точка режущей кромки, тем больше угол между положениями плоскости резания. Следовательно, кинематический задний угол при поперечном точении

_к =  – _,

где tg _ = tg  · sin .

При обычно употребляемых при точении подачах угол  незначителен, и изменением заднего угла в про­цессе работы можно пренебречь. В процессе работы с большими подачами (при затыловочных работах, нарезании резьбы, обработке ходовых винтов) необходимо учитывать изменение заднего угла резца, угол его заточки должен быть больше на угол _.

Передний угол резца  в этом случае увеличивается на угол _, так как основная плоскость изменяет свое положение (см. определение переднего угла). Угол заострения резца  остается постоянным. Таким образом, во время работы резец в главной секущей плоскости будет иметь кинематический передний угол _к =  + _. Для обеспечения в процессе рабо­ты оптимального заднего угла его затачивают, увели­чивая на _. Это уменьшает угол заострения  и ухудшает условия работы резца. Чтобы сохранить их оптимальными, передний угол можно уменьшить на _.

Иногда необходимо установить режущую кромку ниже или выше оси заготовки. Наличие положительного или отрицательного угла наклона режущей кромки также приводит к тому, что точки режущей кромки распола­гаются ниже или выше оси заготовки. При этом будет изменяться положение касательной плоскости резания к поверхности ре­зания на величину ±_ (из-за выпуклости или вогнутости поверхности резания). Фактические передний _ф и задний _ф углы будут равны (рис. 7): _ф =  ± _; _ф =  ± _.

а б в

г д е

Рис. 7. Схемы изменения углов резца при установке выше или ниже центра заготовки  при наружном точении – а, б, в и расточке – г, д, е

В результате при установке выше центра (см. рис. 7, а) передний угол увеличивается, а задний уменьшается. При установке ниже центра (см. рис. 7, в) передний угол уменьшается, а задний увеличи­ва­ется. Это необходимо учитывать при расчетах сил и температур резания.

Если угол  = 0°, то  = arcsin (h/R). Если угол   0°, то tg _ = = tg  · сos .

Таким образом, во время работы резец в главной секущей плоскости будет иметь кинематические углы

_к =  – _ ± _; _к =  + _ ± _.

Г

Рис. 8. Схема изменения углов  и ₁ в плане в зависимости от уста­нов­ки резца относитель­но

оси де­та­ли при точении

лавный  и вспомогательный ₁ углы в плане могут быть различными в зависимости от установки резца по отношению к оси обрабатываемой детали. Указанное изменение углов  и ₁ показано на рис. 8.

При сверлении кинематический задний угол уменьшается, а передний – увеличивается на  (рис. 9). Угол  различен для разных точек режущей кромки: tg _x = S_о/2·D_x; _к =  – , где D_x – диаметр сверла на расстоянии х от центра сверла.

При сверлении углы заточки сверла также изменяются (рис. 9). Чем ближе точка режущей кромки лежит к оси сверла, тем меньше диаметр воображаемой цилиндрической поверхности, по которой

Рис. 9. Передний и задний углы сверла в процессе резания: 1 – развернутая винтовая линия; 2 – развернутая окружность

проходит траектория точки режущей кромки, и тем значительнее в процессе работы уменьшается задний угол сверла. Уменьшение зазора между задней поверхностью сверла и поверхностью резания (заднего угла) или отсутствие его приводит к повышенному трению и изнашиванию или делает дальнейшую работу сверла невозможной.

Даже при малых подачах уменьшение заднего угла в процессе работы для точек, находящихся вблизи оси сверла, весьма существенно. Это уменьшение компенси­руют, увеличивая задний угол при заточке: _з =  + . Если заднюю поверхность сверла заточить по плоскости с одинаковым задним углом во всех точках режущей кромки, учитывающим максимальное уменьшение его в процессе работы _з =  + _max, процесс заточки упро­стится. Но у сверла изменить (уменьшить) передний угол невозможно, а на периферии он достаточно велик. Поэтому при больших задних углах угол заострения  на периферии сверла будет малым, а прочность и теплоотвод – низкими.

В связи с этим при заточке приходится обеспечивать такое увеличение заднего угла, которое необходимо для каждой точки режущей кромки, т.е. затачивать задний угол переменной величины. Наибольшим задний угол должен быть у оси сверла, наименьшим – на периферии. При этом обеспечивается примерное равенство углов заострения вдоль режущей кромки сверла.