Статические и кинематические углы токарного резца

Здесь токарный резец выбран в качестве представителя режущих инструментов. Определения геометрических параметров токарного резца остаются справедливыми и для других типов режущих инструментов с учетом особенности их кинематических схем резания. Токарный проходной резец состоит из рабочей части и державки (рис. 2).

а) б)

в)

Рис. 1. Кинематика точения (а), сверления (б), фрезерования (в):

1 – обрабатываемая поверхность; 2 – обработанная поверхность;

3 – поверхность резания; 4 – рабочая плоскость.

D_r – главное движение; D_s – движение подачи; V – скорость главного движения;

V_s – скорость движения подачи; V_e – скорость результирующего движения;

n – угол скорости резания

Рабочая часть содержит режущие лезвия и образуется в процессе заточки (переточки) резца.

Державка служит для закрепления резца в резцедержателе станка.

Передняя поверхность – поверхность, по которой сходит стружка.

Главная задняя поверхность обращена к обрабатываемой поверхности заготовки.

Вспомогательная задняя поверхность обращена к обработанной поверхности заготовки.

Главная режущая кромка образуется пересечением передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромка образуется пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей.

Вершина резца является сопряжением главной и вспомогательной кромок по радиусу или фаске.

По ГОСТ 25762-83 различают статические и кинематические углы токарного резца.

Рис. 2. Токарный проходной резец: 1 – передняя поверхность; 2 – главная задняя поверхность; 3 – вспомогательная задняя поверхность; 4 – главная режущая кромка; 5 – вспомогательная режущая кромка; 6 – вершина резца

Статические углы используются при разработке чертежа инструмента, при его заточке и контроле.

Кинематические углы резца образуются в процессе резания и зависят от параметров режима резания (главным образом – от величины подачи).

Статические углы токарного резца измеряются в статической системе координат, а кинематические – в кинематической системе координат. И статическая, и кинематическая системы координат связаны с кинематикой резца.

Статическая система координат – это прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромке, ориентированная относительно направления скорости V главного движения (рис. 3). Для резца, установленного по оси центров, ось z направлена вертикально вверх, оси x и y расположены в горизонтальной плоскости (рис. 3, а); ось y направлена вдоль оси державки резца, ось x – вдоль направления подачи резца. Для отсчета статических углов токарного резца (углов заточки) используют следующие статические координатные плоскости: основную плоскость, плоскость резания и рабочую плоскость (рис. 3, а).

а) б)

Рис. 3. Система координат статическая (а) и кинематическая (б) (n – угол скорости резания)

Основная плоскость – плоскость, проведённая через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно вектору V скорости главного движения (плоскость О_xy).

Плоскость резания – плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости.

Рабочая плоскость – плоскость, проходящая через векторы скорости главного движения V и скорости движения подачи V_s (плоскости О_xy).

На рис. 4 показаны статические углы токарного резца.

Главная секущая плоскость – плоскость, перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Вспомогательная секущая плоскость – плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

В главной секущей плоскости расположены:

- главный передний угол γ – угол между переднейповерхностью и основной плоскостью. В зависимости от положения передней поверхности относительно основной плоскости различают положительный или отрицательный передний угол (рис. 4). Если же передняя поверхность совпадает с основной плоскостью, то передний угол равен нулю. На рис. 4 показан положительный передний угол;

- главный задний угол α – угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания;

- угол заострения β – угол между главной задней и передней поверхностью резца.

Из рис. 4 следует:

γ + β + α = 90º. (2)

Обычно задают углы γ и α, а угол β рассчитывают по формуле (2).

Во вспомогательной секущей плоскости измеряют вспомогательный задний угол α ₁ – это угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

В основной плоскости измеряются углы в плане:

- главный угол в плане φ – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и рабочей плоскостью;

- вспомогательный угол в плане φ ₁ – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и рабочей плоскостью;

- угол при вершине в плане ε – угол между проекциями главной и вспомогательной режущими кромками на основную плоскость.

Из рис. 4 следует:

φ + φ ₁ + ε = 180°. (3)

Обычно назначают углы φ и φ ₁, а угол ε определяется по формуле (3).

Угол наклона главной режущей кромки λ – угол, расположенный в плоскости резания между главной режущей кромки и основной плоскостью. Угол α может быть положительным, равным нулю и отрицательным. Угол α равен нулю, если главная режущая кромка находиться в основной плоскости. На рис. 5, показан отрицательный угол наклона главной режущей кромки.

Кинематические углы – токарного резца образуются в процессе резания и зависят от параметров режима резания (главным образом – от величины подачи).

Рис. 4. Статические углы токарного резца:

N-N – главная секущая плоскость; N ₁- N ₁ – вспомогательная секущая плоскость

Кинематическая система координат – это прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно скорости V_е результирующего движения резания (рис. 4, б). Из рис. 4 следует, что кинематическая система координат повернута относительно статической на угол η (угол скорости резания). Причем вращение осуществляется относительно оси y (на плоскости О_xz). Таким образом, кинематические и статические углы токарного резца различаются только положением координатных плоскостей их отсчета. Определения же углов являются одинаковыми; только вместо слова «статический» употребляется слово «кинематический». Ниже приведены некоторые наиболее важные определения.

Кинематическая основная плоскость – плоскость, перпендикулярная вектору скорости V_e результирующего движения резания.

Кинематическая плоскость резания – плоскость, касательная к главной режущей кромке и перпендикулярная кинематической основной плоскости.

Кинематический передний угол γ_к – угол в кинематической главной секущей плоскости между передней поверхностью и кинематической основной плоскостью.

Кинематический задний угол α_к – угол в кинематической главной секущей плоскости между главной задней поверхностью и кинематической плоскостью резания.

В процессе резания кинематический передний угол увеличивается, а кинематический задний угол уменьшается по сравнению со статическими углами (γ_к < γ, α_к > α). Другие кинематические углы (углы в плане, угол наклона главной режущей кромки) поменяются незначительно. Эти изменения углов при резании обычно не учитываются. Наибольшие изменения кинематических углов имеет место для упорного проходного резца. Так, при φ = 90°, λ = 0°.

γ_к = γ + η, α_к = α – η,

где η - кинематическая составляющая, равная углу скорости резания:

η = arctg V_s / V или η = arctg S_o / π ·D,

где V_s – скорость подачи; S_о – подача на один оборот; D – диаметр рассматриваемой точки режущей кромки.

Для γ < 90° кинематическая составляющая становится меньше. При V >> V_s кинематическую составляющую можно принять равной нулю. В этом случае изменения кинематических углов, по сравнению со статическими, нужно учитывать, если скорость подачи V_s сравнима со скоростью главного движения V. Особенно опасно изменение кинематического заднего угла, т. к. он может стать равным нулю и даже отрицательным, что недопустимо. Так, например, при нарезании резьбы с крупным шагом или при сверлении отверстий малого диаметра заточку заднего угла необходимо производить с учетом кинематической составляющей.