Из всех видов токарных резцов наиболее распространенными являются проходные резцы. Они предназначены для точения наружных поверхностей, подрезки торцов, уступов и т.д.

Призматическое тело npoходного резца (рис. 1), как и любого другого, состоит из режущей части (головки) и державки. Головка резца содержит переднюю 1, главную заднюю 2 и вспомогательную заднюю 3 поверхности. Пересечения этих поверхностей образуют главную 4 и вспомогательную 5 режущие кромки.

Рис. 1. Конструктивные элементы токарного резца:

1 – передняя поверхность; 2 – главная задняя поверхность;
3 – вспомогательная задняя поверхность; 4 – главная режущая кромка;
5 – вспомогательная режущая кромка

По передней поверхности сходит снимаемая резцом стружка . Главная задняя поверхность обращена к поверхности резания, образуемой главной режущей кромкой, а вспомогательная задняя поверхность – к обработанной поверхности детали.

Указанные поверхности и режущие кромки после заточки располагаются под определенными углами относительно двух координатных плоскостей и направления подачи, выбираемыми с учетом кинематики станка.

За координатные плоскости (рис. 2) принимают две взаимно перпендикулярные плоскости:

1) плоскость резания, проходящую через главную режущую кромку, и вектор скорости резания, касательный к поверхности резания;

2) основную плоскость, проходящую через эту же кромку и нормаль к вектору скорости резания.

Есть другое определение основной плоскости: это плоскость, проходящая через векторы продольной Sпр и радиальной Sр подач; в частном случае может совпадать с основанием резца, и в этом случае возможно измерение углов резца вне станка в его статическом положении.

Рис. 2. Геометрические параметры проходного токарного резца

За вектор скорости резания, применительно к резцам, а также ко многим другим инструментам, принимают вектор окружной скорости детали без учета вектора продольной подачи, который во много раз меньше вектора окружной скорости и не оказывает заметного влияния на величину передних и задних углов. Только в отдельных случаях, применительно, например, к сверлам, в точках режущих кромок, прилегающих к оси сверла, это влияние становится существенным.

На рис. 2 представлены вид заготовки и резца в плане и геометрические параметры, обязательно указываемые на рабочих чертежах резцов: γ, α, α1, φ, φ1. Ниже даны определения и рекомендации по назначению их величин.

Передний и задний углы главной режущей кромки принято измерять в главной секущей плоскости N–N, проходящей нормально к проекции этой кромки на основную плоскость, которая в данном случае совпадает с плоскостью чертежа. Плоскость N–N выбрана в связи с тем, что именно в ней происходит деформация металла при резании.

Передний угол γ – это угол между основной плоскостью и плоскостью, касательной к передней поверхности. Величина этого угла оказывает на процесс резания определяющее влияние, так как от него зависят степень деформации металла при переходе в стружку, силовая и тепловая нагрузки на режущий клин, прочность клина и условия отвода тепла из зоны резания. Оптимальное значение переднего угла γ определяется опытным путем в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого и режущего материалов, факторов режима резания (V, S, t) и других условий обработки. Возможные значения угла γ находятся в пределах 0...30°. Для упрочнения режущего клина, особенно изготовленного из хрупких режущих материалов, на передней поверхности затачивают фаску с нулевым или отрицательным передним углом (γф = 0...–5°), шириной f, зависящей от подачи.

Задний угол α – это угол между плоскостью резания и плоскостью, касательной к задней поверхности. Фактически это угол зазора, препятствующего трению задней поверхности резца о поверхность резания. Он влияет на интенсивность износа резца и в сочетании с углом γ влияет на прочность режущего клина и условия отвода тепла из зоны резания.

Чем меньшую нагрузку испытывает режущий клин и чем он прочнее, тем больше значение угла a, величина которого зависит, таким образом, от сочетания свойств обрабатываемого и режущего материалов, от величины подачи и других условий резания. Например, для резцов из быстрорежущей стали при черновой обработке конструкционных сталей α = 6...8°, для чистовых операций α = 10...12°.

Угол наклона главной режущей кромки λ – это угол между основной плоскостью, проведенной через вершину резца, и режущей кромкой. Он измеряется в плоскости резания и служит для предохранения вершины резца А от выкрашивания, особенно при ударной нагрузке, а также для изменения направления сходящей стружки. Угол λ считается положительным, когда вершина резца занижена по сравнению с другими точками главной режущей кромки и в контакт с заготовкой включается последней. Стружка при этом сходит в направлении обработанной поверхности (от точки В к точке А), что может существенно повысить ее шероховатость. При черновой обработке это допустимо, так как после нее следует чистовая операция, снимающая эти неровности. Но при чистовых операциях, когда нагрузка на режущий клин невелика, первостепенное значение приобретает задача отвода стружки от обработанной поверхности. С этой целью назначают отрицательные значения угла (–λ). При этом вершина резца А является наивысшей точкой режущей кромки, а стружка сходит в направлении от точки А к точке В.

Наличие угла λ усложняет заточку резцов, поэтому практические значения этого угла невелики и находятся в пределах λ = +5…–5°.

Углы в плане φ и φ 1 (главный и вспомогательный) – это углы между направлением продольной подачи Sпр и, соответственно, проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.

Главный угол в плане φ определяет соотношение между толщиной и шириной срезаемого слоя. При уменьшении угла φ стружка становится тоньше, улучшаются условия теплоотвода и тем самым повышается стойкость резца, но при этом возрастает радиальная составляющая силы резания.

При обточке длинных заготовок малого диаметра вышесказанное может привести к их деформации и вибрациям, и в этом случае принимается φ = 90°.

– при чистовой обработке φ = 10...20°;

– при черновой обработке валов (l/d = 6...12) φ = 60...75°;

– при черновой обработке более жестких заготовок φ = 30...45°.

У проходных резцов обычно угол φ1 = 10...15°. С уменьшением угла γ1 до 0 величина h также уменьшается до 0, что позволяет значительно увеличить подачу, а следовательно, и производительность процесса резания.

Вспомогательный задний угол α1, измеряемый в сечении N1 – N1, перпендикулярном к вспомогательной режущей кромке, принимается примерно равным α; α1 образует зазор между вспомогательной задней поверхностью и обработанной поверхностью заготовки.

Вспомогательный передний угол γ1 определяется заточкой передней поверхности и на чертеже обычно не указывается.

С целью повышения прочности режущей части резца предусматривается также радиус скругления его вершины в плане: r = 0,1...3,0 мм. При этом большее значение радиуса применяется при обработке жестких заготовок, так как с увеличением этого радиуса возрастает радиальная составляющая силы резания.

Передний угол оказывает большое влияние на виброустойчивость резца, которая резко снижается с уменьшением его величины (от нуля и ниже). Поэтому во избежание появления вибраций необходимо принимать передний угол 15-25°, причем обычно он делается равным углу врезания пластинки.

В целях обеспечения завивания стружки и благоприятного отвода ее, рекомендуется переднюю поверхность резца делать или криволинейной, или с лункой. Для упрочнения главной режущей кромки целесообразно предусмотреть ленточку шириной 0,2-0,3 мм с отрицательным передним углом -3 — 5°. Однако не следует забывать, что такая ленточка допустима только при наличии достаточно жестких условий работы резца. 15 случае, если условия жесткости не позволяют применять упрочняющую ленточку с отрицательным углом, рекомендуется делать ее с положительным углом 5° для твердых и 10° для мягких и вязких материалов.

Упрочняющая ленточка при небольшой ее ширине не оказывает влияния на величину сопротивления резанию, так как центр давления стружки выходит за границу ленточки в зону криволинейной передней поверхности, снабженной большим передним углом.

Рисунок 1 — Углы отрезного резца

В практике встречаются отрезные резцы, у которых передняя поверхность оформляется в виде двухгранного угла (рис. 1, б). Плоскости его наклонены к опорной плоскости под углом μ = 10÷15°. Линия пересечения этих плоскостей расположена параллельно опорной плоскости. Такая конструкция способствует лучшему врезанию резца в заготовку.

Задний угол

Задний угол главной режущей кромки принимается равным 8º но пластинке и 12° по державке.

Под геометрическими параметрами резца понимают значение углов, определяющих взаимное расположение элементов рабочей части резца (передней и задних поверхностей и лезвий резца). Геометрические параметры резца называют углами заточки или геометрией резца. Геометрию резца принято рассматривать в статическом положении резца (углы заточки резца) и в процессе резания (углы резания). При обычных условиях точения различия между углами заточки и углами резания невелики. Однако при обработке крупных резьб, спиралей разница в углах существенна и при назначении углов резца это необходимо учитывать. Для определения углов заточки резца по ГОСТ вводятся следующие понятия: основная плоскость, плоскость резания, главная и вспомогательная секущие плоскости.

ОСНОВНАЯ ПЛОСОКСТЬ Р-Р (рис. 1.5) проводится через рассматриваемую точку параллельно направлению продольной и поперечной подачи.

ПЛОСКОСТЬЮ РЕЗАНИЯ называется плоскость, касательная к поверхности резания, проходящая через прямолинейное главное лезвие и перпендикулярная к основной плоскости.

ГЛАВНОЙ СЕКУЩЕЙ называется плоскость N - N , перпендикулярная к направлению главного режущего лезвия.

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ СЕКУЩЕЙ называется плоскость N 1 - N 1 , перпендикулярная к направлению вспомогательного режущего лезвия.

Углы резания, измеренные в главной секущей плоскости называются ГЛАВНЫМИ УГЛАМИ резца.

ГЛАВНЫМ ЗАДНИМ углом a называется угол между главной задней поверхностью рабочей части резца и плоскостью резания. Этот угол в основном служит для уменьшения трения поверхности резания о главную заднюю поверхность рабочей части резца и назначается в пределах от 16 О
до 12 О. Величина главного заднего угла зависит от свойств обрабатываемого материала и условий механической обработки. Задний угол a всегда должен быть положительным. Даже при a =0 тело вращения заготовки будет пересекать сечение инструмента.

ПЕРЕДНИМ УГЛОМ g называется угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания. Выбор величины переднего угла g производится, исходя из условий обработки и физико-механических свойств обрабатываемого материала. При увеличении g облегчается резание, снижаются силы трения, уменьшаются деформации срезаемого слоя и расход энергии, улучшается качество обработанной поверхности. Но чрезмерное увеличение переднего угла приводит к уменьшению прочности режущего клина, ухудшению отвода тепла из зоны резания, уменьшению износостойкости резца.

УГЛОМ ЗАОСТРЕНИЯ b называется угол между передней и главной задней поверхностью резца.

УГЛОМ РЕЗАНИЯ d называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания. По рис. 1.5: a +b =d ; a +b +g =p /2; d =(p /2)-g .

Вспомогательные углы резца a 1 ; b 1 ; g 1 измеряются во вспомогательной секущей плоскости N 1 - N 1 и определяются также как и главные.

ГЛАВНЫМ УГЛОМ в плане j называется угол между направлением подачи и проекцией главного режущего лезвия резца на основную плоскость.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ УГЛОМ в плане j 1 называется угол между направлением подачи и проекцией вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость.

УГЛОМ ПРИ ВЕРШИНЕ РЕЗЦА e называется угол между проекциями режущих лезвий резца на основную плоскость.

Между углами в плане j ; j 1 ; e существует зависимость: j +j 1 +e =180 О.

Главный и вспомогательный (j и j 1) углы в плане резца оказывают большое влияние на соотношение осевой и радиальной составляющих усилия резания, условия отвода тепла и качество обработанной поверхности.

Уменьшение главного угла в плане j и вспомогательного j 1 , приводит к снижению шероховатости обработанной поверхности, как это следует из рис. 1.6. и соотношения:

где: Rz - высота микронеровностей на обработанной поверхности, мкм.

Но при малых значениях j и j 1 возрастает радиальная сила резания и снижается точность обработки. Увеличение угла j уменьшает величину радиальной силы резания и поэтому при обработке нежестких валов рекомендуется применять резцы с j = 90°. Рекомендуемые величины углов j и j 1 приведены в табл. 1.2.

УГЛОМ НАКЛОНА РЕЖУЩЕГО ЛЕЗВИЯ КРОМКИ РЕЗЦА l называется угол между режущим лезвием резца и основной плоскостью, проведенной через вершину резца. Угол l положителен, если вершина резца является наиболее низкой точкой главной режущей кромки и отрицательным- если вершина является наивысшей точкой режущей кромки.

При чистовой обработке угол наклона главного режущего лезвия рекомендуется назначать отрицательным.

Положительный угол наклона главного режущего лезвия делает режущую часть резца более массивной и стойкой, поэтому положительные углы наклона главного режущего лезвия резца рекомендуется назначать для черновых операций и при обработке прерывистых поверхностей. В процессе резания при наличии движения подачи плоскость резания меняет свое положение, а вершина резца может быть смещена относительно оси вращения заготовки. Поэтому фактические углы резца при резании зависят от кинематики процесса, относительного расположения вершины резца и оси вращения заготовки, а также величины износа передней и задней поверхностей рабочей части резца.

Расположение вершины резца ниже оси вращения заготовки при наружном точении приводит к уменьшению переднего угла и к увеличению заднего угла резца, а при расположении вершины резца выше оси вращения заготовки- к увеличению переднего угла и уменьшению заднего угла (рис. 1.6).

Из рис. 1.6. фактический задний угол a ф:

где: Δa уст - погрешность, возникающая из-за относительного смещения вершины резца и оси вращения заготовки; a кин –кинетический задний угол.

, (1.6)

Смещение вершины резца относительно оси вращения заготовки допускается в пределах (0,02 - 0,03)D. Например, при обточке валика диаметром 20 мм резцом с j = 45 О, расположенным выше оси вращения на 0,03 D, (т.е. на 0,6 мм) погрешность угла составляет около 2°, а при расположении резца выше оси вращения заготовки на 2 мм, эта погрешность углов уже составила 8°, что недопустимо – главный задний угол a окажется равным нулю или даже отрицательным.

Рисунок 1.6. Изменения переднего и главного заднего углов при установке резца ниже (а ) и выше (б ) линии центров.

Вследствие наличия двух движений – вращения заготовки и продольной подачи главное режущее лезвие резца образует на поверхности детали винтовую поверхность резания. Фактическая плоскость резания, является касательной к винтовой поверхности резания, отклоняется от теоретической плоскости резания, что приводит к возникновению кинематической погрешности главного заднего угла.

Величина угла Δa к определяется из формулы:

(1.7)

где: S - величина подачи угла; D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

При точении и растачивании величина подачи S мала по сравнению с обрабатываемым диаметром, угол Δa к весьма незначителен (1 О) и поправкой можно пренебречь. Но при нарезании резьбы с крупным шагом, нарезании многозаходных резьб или при точении с большими подачами величина угла Δa к достигает больших значений и поправку следует учитывать.

Главный угол в плане φ определяет соотношение между шириной и толщиной среза при постоянных значениях подачи и глубины резания. С уменьшением главного угла в плане φ уменьшается толщина среза и увеличивается его ширина. Это приводит к увеличению активной длины кромки, т. е. длины, находящейся в соприкосновении с заготовкой. Сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины кромки, уменьшаются, а вместе с этим снижается и износ резца. С уменьшением угла φ резко возрастает радиальная составляющая силы резания Ру, что может повести к прогибу заготовки и даже к вырыванию ее из центров при недостаточном креплении. Одновременно могут появиться и вибрации при работе.

Экспернментальные работы показывают, что с уменьшением угла φ при постоянной подаче стойкость резца резко увеличивается, тогда как при постоянной толщине среза стойкость резца остается почти постоянной вне зависимости от изменения угла φ. Отсюда следует, что на стойкость резца оказывает влияние в основном толщина среза - примерно такое же, как и угол φ. С увеличением толщины среза степень влияния ее на стойкость возрастает. Следовательно, для повышения производительности рекомендуется применять малые углы φ при постоянной толщине среза, максимально допустимой в отношении прочности режущей кромки и при соответствующем (возможном) повышении подачи согласно формуле s=a/sin φ .Такой выбор режима резания возможен только при условии жесткости и виброустойчивости системы СПИД и при небольшом припуске на обработку. Рекомендуется применять углы в плане φ (в град.):

Для чистовой обработки в жестких условиях... 10-20

При обработке в жестких условиях, если l/d <6 ... 30-45

При работе в нежестких условиях l/d=6-12 ... 60-75

При обработке длинных заготовок малого диаметра l/d>12 ... 90

Рис. 7 - Главный угол в плане φ

Так, например, при обработке больших и массивных детален на крупных станках большой жесткости выгодно с точки зрения наибольшей стойкости применяй, резцы с углом в плане 10-20°. Наоборот, при обработке нежестких деталей, например валиков, втулок, гаечных метчиков, сверл, разверток и т. п., рекомендуется работать с большими углами в плане φ = 60-75°. При наличии у этих деталей буртиков, ступеней целесообразно применять резцы с φ = 90°. Они позволяют производить наряду с обработкой на проход также и поперечное обтачивание и таким образом отпадает надобность в смене резца. Для деталей типа ступенчатых валиков при такой обработке получается большая экономия во времени, связанном с перестановкой резцов. В станкостроении имеется значительное количество таких деталей; по этой причине станкостроители часто применяют резцы с φ - 90°.

Углы рабочей части резца сильно влияют на протекание процесса резания.

Правильно выбрав углы резца, можно значительно увеличить продолжительность его непрерывной работы до затупления (стойкость) и обработать в единицу времени (в минуту или час) большее количество деталей.

От выбора углов резца зависит также сила резания, действующая на резец, потребная мощность, качество обработанной поверхности и др. Вот почему каждый токарь должен хорошо изучить назначение каждого из углов заточки резца и уметь правильно подбирать их наивыгоднейшую величину.

Углы резца (рис. 48) можно разделить на главные углы, углы резца в плане и угол наклона главной режущей кромки.

К главным углам относятся: задний угол, передний угол и угол заострения; углы резца в плане включают главный и вспомогательный.

Главные углы резца следует измерять в главной секущей плоскости, которая перпендикулярна к плоскости резания и основной плоскости.

Рабочая часть резца представляет клин (на рис. 48 заштрихован), форма которого характеризуется углом между передней и главной задней поверхностями резца. Этот угол называется углом заострения и обозначается греческой буквой в (бета).

Задним углом б (альфа ) называется угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания.

Задний угол б служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и обрабатываемой деталью. Уменьшая трение, тем самым уменьшаем нагрев резца, который благодаря этому меньше изнашивается. Однако, если задний угол сильно увеличен, резец получается ослабленным и быстро разрушается.

Передним углом г (гамма ) называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведенной через главную режущую кромку.

Передний угол г играет важную роль в процессе образования стружки. С увеличением переднего угла облегчается врезание резца в металл, уменьшается деформация срезаемого слоя, улучшается сход стружки, уменьшается сила резания и расход мощности, улучшается качество обработанной поверхности. С другой стороны, чрезмерное увеличение переднего угла приводит к ослаблению режущей кромки и понижению ее прочности, к увеличению износа резца вследствие выкрашивания режущей кромки, к ухудшению отвода тепла. Поэтому при обработке твердых и хрупких металлов для повышения прочности инструмента, а также его стойкости следует применять резцы с меньшим передним углом; при обработке мягких и вязких металлов для облегчения отвода стружки следует применять резцы с большим передним углом. Практически выбор переднего угла зависит, помимо механических свойств обрабатываемого материала, от материала резца и формы передней поверхности.

Углы в плане. Главным углом в плане ц (фи ) называется угол между главной режущей кромкой и направлением подачи.

Угол ц обычно выбирают в пределах 30--90° в зависимости от вида обработки, типа резца, жесткости обрабатываемой детали и резца и способа их крепления. При обработке большинства металлов проходными обдирочными резцами можно брать угол ф = 45°; при обработке тонких длинных деталей в центрах необходимо применять резцы с углом в плане 60, 75 или даже 90°, чтобы детали не прогибались и не дрожали.

Вспомогательным углом в плане ц 1 называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи.

Углом л (ламбда ) наклона главной режущей кромки (рис. 49) называется угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости.