Лабораторная работа №1 изучение геометрии металлорежущих инструментов

1. Цель работы: изучение основных видов токарных резцов и измерение их геометрических параметров.

2. Основные понятия и определения

Обработка – действие, направленное на изменение свойств предмета труда или выполнение технологического процесса.

Обработка резанием – это обработка, заключающаяся в образовании новых поверхностей отделением поверхностных слоев материала с образованием стружки, сопровождаемая деформированием и разрушением поверхностных слоев материала.

Резание – основной метод механической обработки заготовок, позволяющий обеспечить их точность и качество поверхности.

При резании с поверхности заготовки удаляется часть материала (стружка) с помощью режущей части инструмента в форме клина, который перемещается относительно заготовки – рабочие движения могут иметь как инструмент, так и заготовка. Для обеспечения процесса резания также выполняются вспомогательные движения, необходимые для установки заготовки, отвода и подвода инструмента, настройки станка и другие.

Рабочие движения подразделяются на главное и движение подачи.

Главное движение обеспечивает отделение стружки от заготовки и выполняется с наибольшей скоростью и значительным усилием.

Движение подачи позволяет подводить под режущую кромку все новые участки поверхности заготовки и тем самым распространять процесс резания на всю обрабатываемую поверхность.

Элементами процесса резания являются скорость резания, подача, глубина резания и геометрия срезаемого слоя.

Режимом резания называют совокупность скорости подачи и глубины резания.

Скорость резания – это путь точки режущего лезвия относительно обрабатываемой поверхности в направлении главного движения в единицу времени V, м/мин (или при шлифовании V, м/с).

При токарной обработке (рис. 1) скорость резания – скорость вращения заготовки определяется по формуле:

, (1)

где Д_заг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;

n – частота вращения заготовки, мин^–1 (об/мин).

Подача – это путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот заготовки (при токарной обработке). Продольная подача S_пр (рисунок 1) осуществляется вдоль, а поперечная S_п – поперек оси заготовки.

На обрабатываемой заготовке различают три вида поверхностей (рис. 1):

а) обрабатываемую поверхность 1, с которой снимается стружка;

б) обработанную поверхность 2, полученную в результате обработки;

в) поверхность резания 3, образуемую непосредственным движением режущего лезвия инструмента.

Глубина резания t – это расстояние в мм между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней за один рабочий ход инструмента, относительно обрабатываемой поверхности.

При точении цилиндрической поверхности глубина резания – это разность диаметров до и после обработки, деленная пополам:

, (2)

где d – диаметр обработанной цилиндрической поверхности, мм.

Рис. 1. Элементы процесса резания

Геометрия срезаемого слоя включает: ширину, толщину и площадь поперечного сечения.

Ширина срезаемого слоя b – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измерение по поверхности резания.

Толщина срезаемого слоя а – расстояние, измеренное по нормали к поверхности резания между двумя последовательными положениями поверхности резания за время одного оборота заготовки.

Номинальная площадь поперечного сечения срезаемого слоя (рис. 1) F_ном рассчитывается по формуле:

F_ном = f_ABCД = t  S_пр = а  b (3)

Действительное сечение срезаемого слоя f_д=f_ВСДЕ меньше номинального F_ном на величину площади осевого сечения гребешков, остающихся на обработанной поверхности f₀=f_АВЕ вследствие совокупного действия движущей скорости и подачи.

Элементы режущей части любого металлорежущего инструмента и его геометрические параметры одинаковы и аналогичны соответствующим параметрам наиболее простого инструмента – токарного проходного резца.

Токарный прямой проходной резец состоит из двух частей: рабочей головки I и стержня (тела) II (рис. 2).

Для других видов резцов головка может быть отогнута влево или вправо либо изогнута вниз или вверх.

Рис. 2. Элементы токарного прямого проходного резца

В большинстве случаев резец является составным: державка из конструкционной стали и режущая пластинка из твердого сплава или иногда из быстрорежущей стали. Соединение пластинки и державки может быть как неразъемным (пайка, сварка), так и разъемным с механическим креплением, что облегчает смену пластинки, а также позволяет работать последовательно несколькими поверхностями (многогранные пластинки).

Стержень имеет квадратную или прямоугольную форму поперечного сечения и служит для закрепления резца в резцедержателе станка. Рабочая часть резца выполняет работу резания и включает несколько элементов.

Передняя поверхность 1 (рис. 2) – поверхность, по которой сходит стружка в процессе резания. Задние поверхности обращены к обрабатываемой заготовке: главная – 2 обращена к поверхности резания, а вспомогательная – 5 – к обработанной поверхности.

Пересечение передней и задней поверхностей образуют две режущие кромки: главную 3 и вспомогательную 6. В зависимости от формы передней и задней поверхностей режущие кромки могут быть прямолинейными и криволинейными.

Пересечение режущих кромок носит название вершины резца 4, которая всегда имеет радиус закругления.

Режущие кромки и прилегающие к ним контактные поверхности на передней и задней поверхностях в совокупности образуют главное и вспомогательное режущее лезвия соответственно.

Для определения углов, под которыми располагаются поверхности рабочей части инструмента относительно друг друга, вводят инструментальную систему координатных поверхностей.

Основная плоскость (ОП) – плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач. У токарных резцов за основную плоскость принимают горизонтальную плоскость, совмещенную с нижней опорной (базовой) плоскостью корпуса (рис. 3,а).

Плоскость резания (ПР) проходит через главную режущую кромку резца касательно к поверхности резания заготовки (рис. 3,а).

Главная секущая плоскость (ее след N-N) – плоскость, перпендикулярная к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (рис. 3,б).

а) б)

Рис. 3. Координатные плоскости токарного прямого проходного резца

Вспомогательная секущая плоскость (ее след N₁-N₁) – плоскость, перпендикулярная к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

У токарного резца различают главные и вспомогательные углы, которые условно измеряют в статике, т.е. когда совершается лишь главное движение резания, а движения подачи нет. Принято, что ось стержня резца находится в горизонтальной плоскости перпендикулярно к линии центров токарного станка (оси заготовки), вершина резца находится на линии центров станка. Углы токарного проходного резца показаны на рис. 4. Очевидно, что плоскость рисунка является основной плоскостью. Линия, проведенная через проекцию главной режущей кромки на основную плоскость – след плоскости резания, линия, проведенная перпендикулярно проекции главной режущей кромки на основную поверхность – след главной секущей плоскости. Справа вверху даны сечения резца главной секущей плоскостью и определяемые в этой плоскости главные углы резца – передний , задний , угол заострения , угол резания .

Главный передний угол  – угол между следами передней поверхности и плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания. С увеличением переднего угла облегчается процесс стружкообразования и снижается усилие резания, но уменьшается прочность инструмента. Последнее недопустимо при черновой обработке, особенно при работе с ударами и при обработке твердых и хрупких материалов, когда передний угол может быть даже отрицательным.

Главный задний угол  – угол между следами плоскости резания и главной режущей кромки – необходим для уменьшения трения между главной задней поверхностью резца и поверхностью резания заготовки. Увеличение угла  приводит с одной стороны к снижению износа резца по главной задней поверхности, а с другой – к уменьшению прочности режущего лезвия.

Угол заострения  – угол между следами передней и главной задней поверхностей резца – определяет прочность главного режущего лезвия.

Угол резания  – угол между следами передней поверхности резца и плоскости резания.

Рис. 4. Углы резца в статике

Как видно из рис. 4 между четырьмя главными углами существуют следующие зависимости:

 +  +  = 90 (4)

 =  +  (5)

 = 90 –  (6)

Вспомогательные углы: задний ₁, передний ₁ и заостренный ₁ измеряют во вспомогательной секущей плоскости (изображены на рис. 4).

Вспомогательный задний угол ₁ – угол между следами вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку. Угол ₁ служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности резца об обработанную поверхность заготовки.

Вспомогательный передний угол ₁ – угол между следами передней поверхности и плоскости перпендикулярной к плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку.

Вспомогательный угол заострения ₁ – угол между следами передней и вспомогательной задней поверхности резца:

₁ + ₁ + ₁ = 90 (7)

В плане различают следующие углы резца:

Главный угол в плане  – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

С увеличением угла  увеличивается длина активной части режущей кромки, улучшается теплоотвод и уменьшается износ инструмента, снижается шероховатость поверхности. Но при слишком малом значении  возникают вибрации, что приводит к снижению качества обработанной поверхности и увеличению износа резца.

Вспомогательный угол в плане ₁ – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением противоположным направлению подачи.

Угол ₁ служит для уменьшения трения вспомогательной поверхности резца об обработанную поверхность заготовки.

Угол при вершине в плане  – угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость:

 + ₁ +  = 180 (8)

Угол наклона главной режущей кромки  измеряют в плоскости, проходящей через главную режущую кромку, перпендикулярно основной плоскости, между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Если вершина резца является внешней точкой главной режущей кромки (рис. 5,а), то угол  отрицателен и стружка сходит в направлении подачи.

а) б) в)

Рис. 5. Углы наклона главной режущей кромки резца:

а – отрицательный; б – равен нулю; в – положительный

Если главная режущая кромка параллельна основной плоскости, то =0 и стружка сходит по оси резца.

Если вершина резца является низшей точкой главной режущей кромки, то угол  положителен и стружка сходит в направлении, обратном направлению подачи. Положительный угол  также упрочняет вершину инструмента, поэтому при черновой обработке необходимо задать угол  положительным.