книги из ГПНТБ / Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки учебник

Колебательная система СПИД является системой с распреде­ ленными параметрами и поэтому имеет бесконечное число степеней свободы. Для упрощения задачи рассматривают ее как систему с конечным числом степеней свободы. В металлорежущем станке обычно рассматривают две основные (доминирующие) колеба­ тельные системы: систему заготовки (заготовка, шпиндель, пиноль

идр.) и систему инструмента (инструмент, резцедержатель, суппорт

идр.). Обе системы имеют различные частоты собственных коле­ баний. Поэтому автоколебания при резании делят на два вида: вибрации I рода — низкочастотные (50—300 Гц) колебания заго­ товки, вызывающие звук низкого тона и создающие грубую волнистость обработанной поверхности, и вибрации II рода —

рубежные ученые: В. А. Кривоухов, Н. А. Дроздов, А. И. Ка­ ширин, А. П. Соколовский, Ш. Дои и др. Установлено, что вибрации при резании чаще всего носят автоколебательный

В. А. Кудинов и И. Тлустый рассмотрели колебания в двух взаимосвязных направлениях на основе принципа коордипатной связи. Переход от устойчивого движения к автоколебаниям про­ исходит следующим образом. Резец, будучи выведен из состояния равновесия, начинает совершать движения по эллипсу (рис. II. 26). При движении резца в сторону действия силы резания (участок 2) толщина среза, а следовательно, и сила резания больше, чем при движении резца навстречу силе резания (участок 1). Возникает неоднозначность изменения силы резания по перемещению, т. е. сила резания как бы подталкивает систему в такт колебаниям, что приводит к нарастанию их интенсивности до величины, соот­ ветствующей состоянию энергетического равновесия (равенство

60

энергии, поступающей в колеблющуюся систему и расходуемой на преодоление сил сопротивления). Устанавливается режим авто­ колебаний. Интенсивность вибраций зависит также от эффекта последовательной «раскачки» — изменения сил резания при об­ работке волнистой поверхности, образованной автоколебаниями на предыдущем проходе. Таким образом, первичные автоколеба­ ния складываются со вторичными резонансными вынужденными колебаниями.

Дифференциальные уравнения автоколебаний нелинейны. Ли­ неаризация их позволяет упростить математический анализ явле­ ний. Решение линейных дифференциальных уравнений позволяет найти условия возникновения автоколебаний.

Частоту и амплитуду установившихся автоколебаний можно найти решением нелинейных дифференциальных уравнений. Эту задачу с рядом упрощений для свободного резания решил проф. В. Л. Кудинов. Получены формулы, которые позволяют рассчи­ тать все параметры, определяющие движение вершины резца в процессе автоколебаний, представляющее собой сумму двух движений, сдвинутых по фазе на угол Ѳ относительно друг друга:

устойчивости (возникновения вибраций) появляется сдвиг фаз, оба колебания складываются в плоское прямолинейное движение. Ниже приведены способы и средства борьбы с автоколебательными вибрациями.

Рациональная геометрия инструмента. Например, при точении (см. гл. Ill) правильный выбор геометрии инструмента, особенно главного угла в плане ф, является наиболее простым способом уменьшения интенсивности вибраций. Увеличение угла ф в 3 раза (с 30 до 90°) позволяет в ряде случаев повысить предельную ши­ рину среза Ьтах до 8 раз. Поэтому выбор геометрических пара­ метров инструмента (углы ф, ф„ у, а и радиуса г) следует вести не только в зависимости от физико-механических свойств обра­ батываемого материала, но также и в зависимости от жесткости системы СПИД.

Для гашения низкочастотных вибраций (I рода) при черновом и получистовом резании Д. И. Рыжков предложил так называемую виброгасящую фаску (рис. II. 27) шириной около 0,1 мм с очень большим отрицательным передним углом у = — (80 -ь 85°). Действие этой фаски подобно работе слегка изношенным рез­ цом.

Повышение демпфирующей способности колебательной системы СПИД. Увеличить демпфирующую способность узлов колебатель­ ной системы можно различными путями: применением демпфирую­

61

щих прокладок, изготовлением корпусов инструментов из материа­ лов с большим декрементом затухания (например, резцов с держав­ ками из чугуна), введением в колебательную систему специальных демпфирующих устройств — виброгасителей. К таким устрой­ ствам относятся виброгасители, основанные на внешнем трении твердых тел (фрикционные виброгасители), виброгасители, дей­ ствие которых основано на сопротивлении и вязком трении жид­ кости (гидравлические виброгасители).

Повышение жесткости колебательной системы СПИД. При увеличении жесткости повышается собственная частота со коле­ баний системы и поэтому снижается вероятность возникновения вибраций, так как с ростом ю примерно линейно увеличивается и работа затухания системы. Жесткость системы может быть

А-А

повышена применением коротких и жестких инструментов, жест­ ких (но не массивных) приспособлений для крепления инструмента и заготовки, люнетов, уменьшением биения шпинделя и люфтов суппорта, а также применением наиболее рациональных схем обработки.

Уменьшение массы колебательных систем. Уменьшение массы колебательных систем, особенно системы детали, повышает собст­ венную частоту со и снижает интенсивность вибраций. Этого можно достигнуть при работе с менее массивными (но достаточно жесткими) патронами, при минимальных вылетах пиноли и инстру­ мента и др.

Динамические виброгасители и виброгасители ударного дей­ ствия. Динамический виброгаситель выполнен в виде небольшой массы, упруго укрепляемой на колеблющееся звено. Эта масса имеет частоту собственных колебаний, равную частоте колебаний системы. Работа динамического виброгасителя основана на том, что масса колеблется в противофазе, т. е. фаза ее отличается на л от фазы колебаний вибрирующего звена. В результате этого возникает сила, равная, но противоположно направленная силе, возбуждающей колебания. В виброгасителях ударного действия

62

Глава III

Точение

Точение является наиболее распространенным методом обработ­ ки тел вращения, совершаемым резцами на станках токарной группы. Точение представляет собой совокупность действий, на­ правленных на изменение формы и размеров заготовок (из метал­ лических или неметаллических материалов) соответственно за­ данным классам точности и качества поверхности. Методом точения производится обработка наружных, внутренних и торцовых по­ верхностей тел вращения цилиндрической, конической, сфери­ ческой и фасонной формы.

Различают следующие виды точения: 1) черновое — обдирка, отрезка и подрезка торцов заготовок; 2) получистовое (дает точ­ ность 4—3-го класса и чистоту V 4—V 5); 3) чистовое (точность 3—2-го класса, чистота V 6— V 8); 4) тонкое точение и растачи­ вание (точность 2-го класса и чистота V 8—ѴЮ); 5) точение повышенной производительности: а) скоростное — резание с боль­ шими скоростями (например, точение сталей с ѵ =. 150 -г- 200 м/мин, а цветных металлов ѵ — 800 -ь 1000 м/мин) и б) силовое — снятие больших объемов металла в единицу времени, сопровождающееся значительным ростом нагрузок на резец; эти виды точения тре­ буют применения жестких, мощных станков, резцов особой кон­ струкции и специального оборудования; 6) специальные виды точения высокопрочных и тугоплавких материалов: точение с искусственным подогревом и глубоким охлаждением заготовок, виброточение с наведением колебаний на резец, точение в нейтраль­ ных средах и другие виды.

§ 1. Части и элементы токарного резца

Одним из наиболее простых и распространенных режущих инструментов является резец, состоящий из двух частей головки А — рабочей части, имеющей режущие кромки, и стержня (тела, корпуса) Б, служащего для закреплени резца (рис. III. 1, а). Различают следующие элементы головки резца: передняя поверх­ ность 4, главная 6 и вспомогательная 1 задние поверхности;

64

главная режущая кромка 5; одна или две вспомогательные режу­ щие кромки 3; в некоторых случаях резцы могут иметь переход­ ную режущую кромку 7 (см. рис. III.1, б) и примыкающую к ней переходную заднюю поверхность <$; вершина резца 2 представляет

Рис. II 1.1. Части и эле­ менты токарного резца:

а — проходной резец; б — проходной резец с переход­ ной режущей кромкой

собой место сопряжения главной и вспомогательной режущих кро­ мок. Вершина резца может быть острой, закругленной или в виде прямой линии. Форма режущей части резца определяется конфигу­ рацией и расположением его передней и задних поверхностей (главной и вспомогательной) и режущих кромок. Взаимное рас-

Рис. III.2. Формы передней поверхности

положение указанных поверхностей и кромок в пространстве определяется при помощи углов, называемых углами резца.

В зависимости от условий работы резцов применяют несколько форм передней поверхности: плоскую без фаски (рис. III. 2, а), плоскую с фаской (рис. III.2,б) и радиусную с фаской (рис. III.2, в).

§ 2. Поверхности и координатные плоскости при резании токарными резцами

При точении различают следующие поверхности (рис. III. 3): о б р а б а т ы в а е м у ю п о в е р х н о с т ь 1, представляю­ щую собой поверхность срезаемого слоя заготовки; о б р а б о т а н ­

образуемую непосредственно рабочей частью главной режущей кромки резца.

§ 3. Геометрические элементы режущей части резца

Следует различать углы резца, рассматриваемого как геомет­ рическое тело, т. е. в статическом состоянии, и углы, получае­

Если угол резания б меньше 90? (рис. III.4, /), передний угол резца считается положительным; когда угол резания больше 90s,

тельной секущей плоскости Nx — Л^; к ним относятся: в с п о ­ м о г а т е л ь н ы й з а д п и й у г о л аг — угол между вспо­ могательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основ­

плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку параллельно основной плоскости.

Кроме рассмотренных углов, резец имеет углы в плапе и угол

главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. В с п о м о г а т е л ь н ы й у г о л в п л а н е qjj — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. У г о л п р и в е р ­ ш и н е в п л а н е е — угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость, ф -f-

режущей кромкой и плоскостью, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости (рис. III.5). Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку, перпендикулярно основной плоскости. Угол наклона

главной режущей кромки считается положительным, когда вер­ шина резца является наинизшей точкой режущей кромки (рис. III.5, а), отрицательным, когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки (рис. III.5, в), и равным нулю, когда главная режущая кромка параллельна основной

плоскости (рис. III.5, б).

Углы режущей части резца, как и любого другого инструмента, играют большую роль в процессе резания. Правильно назначив углы резца, можно значительно уменьшить интенсивность износа его режущей части (увеличить стойкость) и обработать в единицу времени большее количество деталей. От величины углов резца зависят также величины сил, действующих при резании на систему станок—приспособление—инструмент—деталь (СПИД), необхо­ димая мощность станка и качество обработанной поверхности.

Рис. II 1.5. Углы наклона главной режущей кромки резца:

о — положительный; б — равен нулю; в — отрицательный

З а д н и й у г о л а служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и поверхностью резания. Однако при значительном увеличении заднего угла прочность резца сни­ жается. При выборе величины угла а необходимо учитывать свой­ ства обрабатываемого материала и материала резца, а также условия резания. При обработке вязких материалов и снятии тонких стружек применяют резцы с большими углами а. При резании твердых и хрупких материалов, а также при снятии толстых стружек выбирают меньшие углы а. Для различных условий токарной обработки величина заднего угла лежит в пре­ делах 6—12° (табл. III.1).

П е р е д н и й у г о л у оказывает большое влияние на про­ цесс образования стружки. С увеличением переднего угла облег­ чается врезание резца в металл, уменьшается деформация срезае­ мого слоя, облегчается сход стружки, уменьшаются силы резания

ирасход мощности. Вместе с тем увеличение переднего угла при­ водит к уменьшению угла ß, т. е. к ослаблению режущего клина

иснижению его прочности, что вызывает увеличение износа резца как вследствие выкрашивания режущей кромки, так и вследствие менее интенсивного отвода тепла от поверхностей нагрева резца. Поэтому при обработке твердых и хрупких материалов для повы­

шения прочности и стойкости инструмента следует применять небольшие передние углы, а при обработке мягких и вязких металлов — большие. Вследствие повышенной хрупкости твер­

68

дых сплавов и минералокерамики для инструмента, оснащепного такими материалами, величину переднего угла необходимо назна­ чать меньшей, чем для инструмента с режущей частью из инстру­ ментальных сталей.

Таблица II I . 1

Рекомендуемые величины переднего и заднего углов для резцов, оснащенных пластинками из твердых сплавов

При обработке закаленных сталей инструментами, оснащен­ ными пластинками из твердого сплава, а также при ударной нагрузке (прерывистое резание) следует для увеличения прочности режущей кромки применять даже отрицательные передние углы (см.рис. III.4, III). Величину переднего угла выбирают в зависи­ мости от механических свойств обрабатываемого материала, ма­ териала резца и формы передней поверхности (см. табл. III. 1). Рекомендуемые величины переднего и заднего углов резца при­ ведены в справочнике по режимам резания.

У г о л н а к л о н а г л а в н о й р е ж у щ е й к р о м к и А, служит для отвода стружки в определенном направлении: при -|-Я — к обработанной поверхности; при —Я — к обрабатываемой поверхности (рис. III.6). При положительном угле наклона режу­ щей кромки -j-Я (рис. III.6, а) для любой ее точки М вектор ско­ рости срезания стружки ѵ, нормальный к радиусу ОМ, может быть разложен на вектор ѵх, нормальный к режущей кромке, и вектор ѵзі направленный вдоль режущей кромки к вершине резца. Под действием вектора ys стружка отклоняется в сторону обрабо­ танной поверхности. При отрицательном угле наклона режущей кромки —Я (рис. III.6, б) вектор ѵ3 направлен вдоль режущей кромки к обрабатываемой поверхности и отклоняет стружку в ту же сторону.

Положительный угол -j-Я служит также для упрочнения режу­ щей кромки, поэтому при ударных работах (прерывистом резании)

69