1.2. Основные конструктивные элементы

и назначение режущих инструментов

Режущие инструменты применяют для образования требуемых формы и разме­ров поверхностей заготовок резанием, срезанием сравнительно тонких слоев материала (стружки). Несмотря на боль­шое различие отдельных видов инстру­ментов по назначению и конструкции, у них имеется много общего: условия работы, общие конструктивные элементы и способы их обоснования, принципы расчета.

У всех режущих инструментов имеются рабочая и крепежная части. Рабочая часть выполняет основное служебное на­значение - резание, удаление излишнего слоя материала. Крепежная часть служит для установки, базирования и закрепле­ния инструмента в рабочем положении на станке.

В рабочей части различают участок с режущими зубьями, предназначенный для снятия припуска, и участок с калибрующи­ми зубьями, предназначенный для уда­ления оставшегося припуска после среза­ния его основной части режущими зубья­ми, и окончательного формирования об­работанной поверхности заготовки; кроме них бывают участки с переходными и выглаживающими зубьями.

Срезание стружки осуществляется лез­виями 1 клинообразной формы, ограни­ченными передними А_γ и задними А_α поверхностями (рис. 1.1). Их пересече­ние образует режущую кромку К.

По числу лезвий (зубьев) могут быть инструменты одно- и многолезвийные (одно- и многозубые). На зубьях, как однолезвийных, так и многолезвийных инструментов имеются главная К и вспомогательная К' режущие кромки, их сопряжение образует вершину 2 лезвия. Различают зубья черновые, переходные, чистовые и калибрующие в зависимости от сечения срезаемых слоев.

Для осуществления процесса резания лезвие инструмента перемещается относительно обрабатываемой поверхности заготовки, совершая главное движение D_r резания со скоростью v, необходи­мое для удаления поверхностного слоя материала заготовки - срезания стружки. Кроме того, инструмент совершает дви­жение подачи D_s со скоростью V_s меньшей скорости v. Это движение предназначено для того, чтобы распространить отделе­ние слоя материала на всю обрабаты­ваемую поверхность. В процессе обработ­ки данного участка поверхности заго­товки главное движение осуществляется непрерывно.

Рис. 1.1. Общие конструктивные элементы режущей части

инструмента при прямолинейном (а) и вращательном (б) главном движении; подъем на зуб (в); сечение срезаемого слоя (г)

Движение же подачи может быть непрерывным и прерывистым. Главное движение D_r со скоростью v, движение подачи D_s со скоростью V_s, создают суммарное результирующее движение ре­зания D_е со скоростью V_е.

При периодическом движении подачи, например при строгании и долблении, в процессе данного рабочего хода инстру­мента скорость подачи V_s = 0, а резуль­тирующее движение резания создается только главным движением (V_е= v). Глав­ное движение и движение подачи может совершать заготовка относительно инстру­мента или инструмент относительно заго­товки; они могут быть прямолинейно-поступательными (рис.1.1,а) или враща­тельными (рис.1.1,б).

В зависимости от вида главного дви­жения D_r создается конструкция инстру­мента: при вращательном главном дви­жении инструмент имеет форму тела вра­щения с зубьями по периферии, торцу. Если вращательное главное движение со­общается заготовке, то инструмент может быть более простой формы и иметь даже один режущий элемент, например резец, совершающий движение подачи D_s па­раллельно, перпендикулярно или наклонно относительно оси главного вращательного движения (оси обрабатываемой поверх­ности заготовки).

Движение подачи D_s - прямолинейное поступательное или вращательное движе­ние режущего инструмента или заготов­ки, скорость которого меньше скорости главного движения резания, предназна­ченное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Движение пода­чи может быть продольным и поперечным. При применении многих инструментов дви­жение подачи образуется кинематикой станка, но есть многозубые инструменты, при применении которых поперечное сме­щение траекторий, образуемых лезвиями инструмента в их главном движении для снятия всего припуска, осуществляется не механизмами станка, а соответствую­щим смещением лезвий в конструкции инструмента относительно его базовых поверхностей.

Лезвия последующих зубьев этих инст­рументов в процессе главного движения перемещаются не по одной и той же траектории, а по траекториям, смещенным относительно траекторий предыдущих зубьев. Это смещение траекторий по­следующих режущих кромок многозубого инструмента необходимо для снятия всего припуска. Оно обеспечивается не движе­нием, осуществляемым инструментом или заготовкой (как указано выше), не кине­матикой и механизмами станка, а конст­руктивным исполнением инструмента, и по сути своей соответствует подаче на зуб.

В отличие от подачи на зуб назовем это смещение конструктивным обеспече­нием срезания припуска. Изменение поло­жения режущих кромок последующих зубьев определяет толщину срезаемых слоев материала и применяется в много­лезвийных инструментах (протяжках, мет­чиках и др.). Величину этого смещения (подъема) обозначим C_z.

Применение конструктивного обеспече­ния срезания припуска позволяет за один рабочий ход инструмента осуществить обработку и формообразование поверх­ности детали, в том числе и сложной, обеспечивает повышение производитель­ности процесса и точность обработанных поверхностей, упрощает конструкцию (ки­нематику) станка (необходимо только одно главное движение).

Геометрические параметры рабочей час­ти. Слой материала заготовки отделяет лезвие инструмента, режущая кромка которого образуется пересечением перед­ней и задней поверхностей, а положение этих поверхностей зависит от геомет­рических параметров инструмента.

Геометрические параметры в зависимости от це­лей их применения рассматривают в системах координат инструментальной (и), статической (с) и кинематической (к). Их обозначают индексами, указанными в скобках.

В инструментальной системе координат (инструментальные геометрические пара­метры, рис. 1.2, а) определяют геомет­рические элементы инструмента. Эту систе­му применяют для изготовления и контро­ля инструмента. Обычно геометрические параметры рассматривают относительно базы установки инструмента при изго­товлении, контроле и эксплуатации.

В статической системе координат рас­сматривают статические геометрические параметры в системе, ориентированной относительно направления скорости глав­ного движения резания. Эти параметры применяют для учета изменения геомет­рических параметров после установки ин­струмента на станке.

Рис. 1.2. Геометрические параметры:

а - инструментальные; б - кинематические

В кинематической системе координат рассматривают кинематические геометри­ческие параметры (рис. 1.2, б) в усло­виях процесса эксплуатации инструмен­та - в процессе резания. Значения этих параметров определяют относительно вектора скорости V_е результирующего дви­жения; они определяют кинематику реза­ния.

При определении геометрических па­раметров необходимы плоскости: основ­ная P_v, проведенная через рассматривае­мую точку режущей кромки перпенди­кулярно скорости главного v или резуль­тирующего V_е движения резания в этой точке; резания Р_n, касательная к профилю режущей кромки в рассматриваемой точ­ке и перпендикулярная основной плос­кости; главная секущая P_τ, перпендику­лярная линии пересечения основной плос­кости P_v и плоскости резания Р_n; нормальная секущая Р_н, перпендикуляр­ная режущей кромке в рассматриваемой точке; секущая плоскость схода стружки Р_с, проходящая через направления схода стружки и скорости резания в рассматри­ваемой точке режущей кромки; рабочая Р_s, в которой расположены направления (векторы) скоростей главного движения резания D_r и движения подачи D_s.

При криволинейной форме режущей кромки, передней и задней поверхностей учитываются плоскости (линии), касатель­ные к ним в рассматриваемой точке режущей кромки.