Лабораторная работа № 1.
Геометрические параметры режущего клина
по курсу «Теория резания»
Цель работы: изучить элементы и геометрические параметры режущего клина на инструментах предназначенных для обработки резанием.
Любой металлорежущий инструмент, предназначенный для выполнения технологических операций обработки заготовки резанием, состоит из 2 частей: режущей части, несущей на себе режущий клин, который непосредственно входит в контакт с материалом обрабатываемой заготовки и корпуса инструмента, предназначенного для закрепления его на частях станка, осуществляющих относительное перемещение режущего инструмента и обрабатываемой заготовки.
Относительных перемещений режущего инструмента и обрабатываемой заготовки может быть одно или несколько; эти движения могут быть непрерывными в течение времени обработки одной поверхности или периодическими. Если относительное движение одно, то оно является главным движением резания, если относительных движений несколько, то одно из них будет главным, а другие вспомогательными. Главное движение обычно осуществляется с наибольшей скоростью.
На Рис. 1 изображен режущий клин, находящийся в контакте с обрабатываемым материалом, и направление единственного относительного движения резания «Dr», в противоположную сторону направлена сила резания «Pz» – сила сопротивления движению режущего
клина, совпадающая с осью «Z». Обычно режущий клин характе-
ризуется углом заострения « «, кото-
рый может быть как меньше 900, так и больше 900. Расположение режущего клина по отношению к обрабатываемой заготовке, определяется углом резания « ». Разность углов - = называется задним углом, который должен быть обязательно положительным ( ).
Главное движение резания может быть прямолинейным или вращатель- Рис. 1 ным, скорость главного движения резания может быть равномерной и нерав-
номерной, подчиняющейся определенному закону. Вспомогательные движения могут быть поступательными, чаще всего с прямолинейной траекторией (но могут быть и криволинейные траектории), и вращательными. В случае поступа-
2
тельного главного движения, траектории вспомогательных движений всегда направлены перпендикулярно направлению главного движения резания. В случае вращательного главного движения резания, вспомогательные движения могут осуществляться либо вдоль оси вращения, либо перпендикулярно, либо по касательной к траектории главного движения резания, а при наличии нескольких вспомогательных движений результирующий вектор будет суммой всех векторов вспомогательных движений.
Поверхность «А » называется задней поверхностью и обращена к поверхности на заготовке, получившейся в результате работы режущего клина.
Поверхность «А », по которой скользит стружка «С», называется передней поверхностью, а угол между передней поверхностью и линией перпендикулярной к направлению главного движения резания «Dr», называется перед-
ним углом. Передний угол положительный, если <900 и отрицательный, если
>900.
Линия пересечения передней и задней поверхностей, называется режущей кромкой, а тело режущего клина между этими поверхностями принято на-
зывать режущим лезвием.
Режущая часть инструмента может быть более сложной пространственной фигурой, чем тот клин, который изображен на Рис. 1.
Наиболее доступным для первого знакомства является обыкновенный токарный резец, представляющий собой единое целое из корпуса (державки), в виде бруска прямоугольного сечения, и режущей части, оформленной в виде клина.
Чаще всего корпус инструмента располагается перпендикулярно или параллельно направлению главного движения резания.
Рис. 2
На Рис. 2 изображена схема токарной обработки - точение наружной цилиндрической поверхности. На схеме присутствуют два относительных движения: «Dr» - главное движение резания, которое измеряется как скорость
3
в м/c или м/мин и «Ds» - вспомогательное движение подачи, которое, как пра-
вило, на несколько порядков меньше скорости главного движения, а размерность для данной схемы обработки – мм на один оборот заготовки и обозначается «Sо». Кратчайшее расстояние между обработанной поверхностью «d» и обрабатываемой поверхностью «D» заготовки называется припуском под обработку и обозначается как t=(D-d)/2. Припуски могут быть пооперационными «tj», по переходными «ti» и суммарными t = tj; (tj = ti).
А
А
А
Рис. 3
На Рис. 3 показано, как тремя поверхностями А , А и А отсечены части призматического тела, в результате чего получилась режущая часть инструмента, представляющая собой клиновидную форму. Поверхность «А » - передняя поверхность инструмента; «А » - задняя главная поверхность инструмента; «А » – задняя вспомогательная поверхность инструмента. Пересечение пе-
редней и главной задней поверхностей образуют главную режущую кромку (линия 1-2), пересечение передней и вспомогательной задней поверхностей, образуют вспомогательную режущую кромку (линия 1-3); пересечение главной и вспомогательной режущих кромок образуют вершину инструмента – точка «1». Из двух (или нескольких) режущих кромок главной считается та, которая имеет наибольшую протяженность контакта с обрабатываемым материалом и воспринимает основную часть нагрузки при резании.
Для того чтобы однозначно задать геометрические параметры режущей части инструмента, должна быть выбрана система координат. В соответствии со стандартом (ГОСТ 25762-83) «Термины, определения и обозначения основных понятий обработки резанием» плоскость, проведенная перпендикулярно
вектору скорости главного движения резания через заданную точку на ре-
4
жущей кромке, называется основной плоскостью – «Pv», а плоскость, заключающая в себе режущую кромку (или касательную, проходящую чез заданную точку на криволинейной режущей кромке) и перпендикулярная основной плоскости, называется плоскостью резания – «Pn». Плоскость, заключающая в себе вектор скорости главного движения резания «v» и результирующий вектор скоростей вспомогательных движений «vs», называется рабочей плоскостью –
«Ps». Таким образом, координатная плоскость «XY» будет основной плоско-
стью «Pv» Угол между главной плоскостью резания «Pn» и рабочей плоско-
стью «Ps» будет главным углом в плане « » (с другой стороны, это угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи – ось «X»). Аналогично, угол между вспомогательной плоскостью резания «P n» и рабочей плоскостью «Ps» будет вспомогательным углом в плане « ». Для токарной обработки, изображенной на Рис. 2, принято ось «Х» располагать вдоль оси вращения - главного движения резания «Dr», ось «Y» - перпендикулярно оси вращения, а ось «Z» по касательной к траектории главного движения резания, в направлении главной составляющей силы резания «Pz».
Для того чтобы обозначить и задать передний и главный задний углы, необходимо провести через произвольную точку «i» на главной режущей кромке
(линия 1-2) секущую плоскость «P » перпендикулярно главной плоскости ре-
зания и основной плоскости, тогда угол между следами пересечения секущей плоскости «P » с главной задней поверхностью «А » и плоскостью резания
«Pn» будет главным задним углом-« », а угол между следами пересечения се-
кущей плоскости «P » с передней поверхностью «А » и основной плоскостью «Pv» будет передним углом « ».
Для того чтобы обозначить и задать вспомогательный задний угол, необходимо провести через произвольную точку на вспомогательной режущей кромке (линия 1-3) вспомогательную секущую плоскость «P » перпендикулярно вспомогательной плоскости резания «P n» и основной плоскости
«Pv», тогда угол между следами пересечения вспомогательной секущей плос-
кости «P », с вспомогательной задней поверхностью «А » и вспомогательной плоскостью резания будет вспомогательным задним углом « ».
Положение главной режущей кромки в пространстве будет задано в главной плоскости резания «Pn». Угол между режущей кромкой (или касательной к режущей кромки в заданной точке) и следом пересечения главной плоскости резания «Рn» и основной плоскости «Pv», проходящей через вершину инструмента, будет углом наклона режущей кромки и обозначается « ». При условии, что все точки главной режущей кромки будут располагаться выше вершины инструмента (точка 1) – угол « » будет положительным, в противном случае угол « » будет иметь отрицательный знак.
5
На Рис. 4 показано, как заданы геометрические параметры режущей части инструмента на ортогональных проекциях в статической системе координат.
Статическая система координат ориентирована так, как показано на Рис. 2, когда основная плоскость «P » перпендикулярна вектору скорости главного движенияv резания «v» и обязательно проходит через ось вращения детали, а ось «Z» направлена в сторону составляющей силы резания «Pz».
В реальном процессе резания, когда инструмент входит в контакт с обрабатываемой заготовкой и осуществляется одновременно несколько относительных движений, все выше перечисленные
Рис. 4 геометрические параметры режущей части инструмента могут претерпевать изменения, как в большую, так и в меньшую сторону. Причинами таких изменений могут быть: износ поверхностей режущего клина, неправильная установка инструмента на станке и изменение соотношения скоростей разных относительных движений инструмента и заготовки совершаемых одновременно.
Что касается износа поверхностей режущего клина, то этот вопрос будет рассмотрен в другой лабораторной работе.
Что касается неправильной установки инструмента на станке, то сначала надо договориться, что считать правильным. Инструмент считается установленным правильно, когда корпус его направлен по оси «Y», проходящей через ось вращения детали, вершина инструмента лежит в начале координат, а опорная поверхность корпуса параллельна основной плоскости «Pv», в этом случае говорят, что инструмент установлен на высоте линии центров станка. Любое отклонение от такой установки приводит к искажению геометрических параметров режущей части инструмента.
Пример установки инструмента выше линии центров станка на Рис. 5.
В приведенном примере, « у» установки увеличивается на угол « », а « у» установки уменьшается на угол « ».
Второй пример (Рис. 6.), когда корпус инструмента развернут в плоскости «XY».
Рис. 5
6
Следует заметить, что для резца, имеющего угол « » отличный от нуля и правильно установленного, когда его вершина «т.1» находится на уровне линии центров станка, все точки главной режущей кромки, кроме вершины, будут либо выше линии центров при положительном « », либо ниже при отрицатель-
|
ном. Следовательно, в каждой точке главной ре- |
|||
|
жущей кромки все геометрические параметры |
|||
|
будут разными. |
|
|
|
|
Ярким примером трансформации геометри- |
|||
|
ческих параметров режущей части инструмента |
|||
|
при изменении соотношений |
относительных |
||
|
движений является операция отрезки на токарном |
|||
|
станке, изображенная на Рис. 7. |
|
||
|
Здесь, кроме статической системы коорди- |
|||
|
нат «XcYcZc», изображена кинематическая сис- |
|||
|
тема координат «XкYкZк», в которой основная |
|||
|
плоскость «XкYк» расположена перпендикулярно |
|||
Рис. 6 |
результирующей скорости резания «ve», как сум- |
|||
марному вектору двух скоростей – скорости главного движения резания «v» |
||||
|
и скорости движения подачи «vs». Все гео- |
|||
|
метрические параметры режущей части ин- |
|||
|
струмента в кинематической системе коор- |
|||
|
динат получили название кинематических |
|||
|
геометрических параметров. В. «т.1» сум- |
|||
|
марный вектор скорости резания «ve1» со- |
|||
|
ставляет с вектором главного движения ре- |
|||
|
зания |
«v1» угол |
« 1», |
который равен |
|
«arctg |
vs/v1». Таким образом, кинемати- |
||
|
ческий |
передний |
угол инструмента равен |
|
|
« к= с+ 1», а кинематический задний угол |
|||
|
« к= |
с- 1». |
|
|
|
По мере продвижения инструмента к |
|||
Рис. 7 |
центру заготовки скорость главного движе- |
|||
ния резания будет уменьшаться, а скорость |
||||
движения подачи останется неизменной, вследствие этого угол « », вместе с |
||||
ним и кинематический передний угол « к», будут увеличиваться, а кинемати- |
||||
ческий задний угол « к» будет уменьшаться и наступит такой момент, когда |
||||
угол « 2» станет равным статическому заднему углу « с», а « |
к» превратит- |
|||
ся в ноль. Дальнейшее резание будет невозможно, так как инструмент с нулевым задним углом работать не может.
7
Измерение статических геометрических параметров режущей части токарного резца при помощи настольного угломера.
Настольный угломер (Рис. 8.) состоит из основания 1., стойки 2. и сектора 3. Сектор может перемещаться вдоль стойки, поворачиваться вокруг ее оси и фиксироваться в требуемом положении винтом 6. На секторе имеется шкала, проградуированная в угловых градусах, и в центре шкалы установлен указатель 4., имеющий две взаимно перпендикулярных грани 7. и 8. Указатель фиксируется на секторе винтом 5.
Измерение задних углов главного « » и вспомогательного « » показано на Рис. 9.
Измеряемый резец устанавливают на основание настольного угломера так, чтобы Рис. 8 сектор располагался в секущей плоскости перпендикулярной проекции режущей
кромки на плоскость «XY» (опорная плоскость резца).
Рис. 9 |
Рис. 10 |
|
8
После этого указатель поворачивают вокруг оси до совмещения грани 8 c соответствующей задней поверхностью резца. Величину измеренного заднего угла отсчитывают по шкале сектора против риски на указателе.
Измерение переднего угла « » показано на Рис. 10. Измеряемый резец устанавливают также как в предыдущем случае. Указатель поворачивают вокруг оси до совмещения грани 7 c передней поверхностью и затем производят отсчет измеренного переднего угла.
Измерение угла наклона главной режущей кромки « « показано на Рис. 11. При измерении угла « « необходимо так развернуть сектор и резец, чтобы главная режущая кромка лежала в плоскости сектора, затем совмещают грань 7 указателя с главной режущей кромкой резца и по шкале отсчитывают числовое значение угла « ».
Измерение углов в плане главного « » и вспомогательного « » показано на Рис. 12 и Рис. 13. Углы « » и « » измеряют универ-
Рис. 11 сальным угломером. Одну из линеек угломера прикладывают к боковой поверхности корпуса резца, а другую поворачивают до соприкосновения с главной или с вспомо-
гательной режущей кромкой. По нониусной шкале отсчитывают соответствующую величину угла в плане. Универсальный угломер может быть заменен оптическим.
Рис. 12 |
Рис. 13 |