На рис. 7.3 представлена классификация резцов. Наиболее распространенным инструментом для резания металла является токарный резец (рис. 7.4), который состоит из стержня 7 (или державки) и рабочей части - головки 6. Стержень служит для закрепления резца в резцедержателе станка. На рабочей части резца имеются режущие элементы: передня поверхность 5, по которой сходит стружка при резании, и две задние поверхности - главная 8 и вспомогательная 1.

Передняя и главная задняя поверхности образуют главную режущую кромку 2, выполняющую основную работу при резании.

Передняя и вспомогательная задняя поверхности образуют вспомогательную режущую кромку 4, а все три поверхности - вершину 3 резца.

Режущие свойства резца в значительной мере зависят от углов его заточки.

Рис. 7.3.

Рис. 7.4. Токарный резец: / - вспомогательная задняя поверхность; 2 - главная режущая кромка; 3 - вершина резца; 4 - вспомогательная режущая кромка; 5 - передняя поверхность; 6 - рабочая часть; 7 - стержень; 8 - главная задняя поверхность

Для определения параметров резца устанавливают координатные плоскости - плоскость резания (ПР) и основную плоскость (ОП) (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Параметры токарного резца: / - обрабатываемая поверхность; II - обработанная поверхность; III - поверхность резания; ОП - основная плоскость;

ПР - плоскость резания

Плоскость резания проходит через главную режущую кромку касательно к поверхности резания.

Основная плоскость проходит параллельно продольной и поперечной подачам.

Параметры резца, как правило, рассматриваются в плане (вид на резец и деталь сверху) и в секущих плоскостях.

Главной секущей плоскостью называется плоскость, перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Вспомогательная секущая плоскость перпендикулярна к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

Главные углы резца лежат в главной секущей плоскости. Главный задний угол а - угол между плоскостью резания и главной задней поверхностью.

Главный передний угол у - угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания. Он может быть положительным и отрицательным.

Угол заострения р - угол между передней и главной задней поверхностями.

Угол резания 5 - угол между плоскостью резания и передней поверхностью резца.

При положительном значении угла у существуют зависимости:

а + р + у = 90;

• 5 + у = 90;
• 5 = 90 - у;
• 5 = а + р.

Во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость, располагаются вспомогательный задний а! и вспомогательный передний у, углы.

Главный угол в плане (р - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Вспомогательным углом в плане ф, называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, противоположным направлению подачи.

Угол при вершине резца (а) - угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.

Угол наклона главной режущей кромки X - угол между режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

Все перечисленные выше углы имеют определенное значение:

• угол а определяет степень трения между обрабатываемой поверхностью заготовки и главной задней поверхностью резца. Его величина находится в пределах 4-15°, в большинстве случаев он равен 8°. Увеличение угла а приводит к некоторому уменьшению деформации срезаемого слоя и уменьшению силы резания;
• с увеличением главного угла ср увеличивается толщина срезаемого слоя;
• угол у оказывает решающее влияние на образование и сход стружки. С его увеличением инструмент легче врезается в материал, снижаются силы резания, улучшается качество поверхности, но повышается износ инструмента;
• угол е в значительной степени влияет на стойкость резца: чем больше его значение, тем больше (при прочих равных условиях) стойкость резца;
• угол X определяет отвод стружки в ту или другую сторону. Для черновых резцов значение его находится в пределах от О до +10°, для чистовых - от 0 до -3°.

Режущая часть резца имеет форму клина, заточенного под определенным углом. Для определения углов резца устанавливаются исходные плоскости: плоскость резания и основная плоскость.

Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку (рис. 6); на рис. 7 показан след этой плоскости.

Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольному (параллельно оси заготовки) и поперечному (перпендикулярно к оси заготовки) перемещению. У токарных резцов с призматическим телом за эту плоскость может быть принята нижняя (опорная) поверхность резца (см. рис. 5 и 6).

Главные углы резца измеряются в главной секущей плоскости , т. е. в плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на основную плоскость. К главным углам резца относятся задний угол, угол заострения, передний угол и угол резания (см. рис. 7).

Главным задним углом α называется угол между касательной к главной задней поверхности резца в рассматриваемой точке режущей кромки и плоскостью резания*. При плоской задней поверхности резца можно сказать, что α - угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Задние углы уменьшают трение задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность.

* При определении и измерении углов резца в статическом (нерабочем) состоянии принято считать, что плоскость резания расположена вертикально. В процессе резания на ее положение, а, следовательно, и на величину некоторых углов резца влияют положение режущей кромки (или отдельных ее точек) относительно оси заготовки (выше или ниже), подача и диаметр заготовки.

Углом заострения р называется угол между передней и главной задней поверхностями резца.

Главным передним углом у называется угол между передней поверхностью резца* и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку. Он может быть положительным (+γ), когда передняя поверхность направлена вниз от плоскости, перпендикулярной плоскости резания (см. рис. 7, II); равным нулю , когда передняя поверхность перпендикулярна к плоскости резания (см. рис. 7,11), и отрицательным (-γ), когда передняя поверхность направлена вверх от плоскости, перпендикулярной плоскости резания (см. рис. 7,111). Положительный передний угол делается для облегчения процесса резания (стружкообразования) и более свободного схода стружки по передней поверхности. Однако на практике угол +γ не всегда оказывается лучшим, к его приходится уменьшать (до 0, а иногда делать и отрицательным).

Углом резания δ называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

При положительном значении угла у между углами существуют следующие зависимости:

При отрицательном значении угла γ угол δ> 90°.

Кроме рассмотренных главных углов, резец характеризуется углами: вспомогательными задним и передним в плане и наклона главной режущей кромки (рис. 7 и 8).

Вспомогательным задним углом α 1 называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Вспомогательный задний угол измеряется во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость . В этой же плоскости рассматривается и вспомогательный передний угол γ 1 .

Главным углом в плане ϕ называется угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Угол ϕ делается для того, чтобы главная режущая кромка могла воздействовать на глубину срезаемого слоя; он влияет на износостойкость резца.

Вспомогательным углом в плане ϕ 1 называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи; он делается для исключения трения на большей части вспомогательной режущей кромки.

*При неплоской передней поверхности передний угол заключен между касательной к передней поверхности, проходящей через рассматриваемую точку режущей кромки, и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку.

Углом при вершине в плане ε называется угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость; в сумме ϕ + ε + ϕ 1 = 180°.

Углом наклона главной режущей кромки λ называется угол, заключенный между режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости (см. рис. 7 и 8). Угол наклона главной режущей кромки считается отрицательным , когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки (рис. 8, а); равным нулю - при главной режущей кромке, параллельной основной плоскости (рис. 8,6), и положительным, когда вершина резца является наинизшей точкой режущей кромки (рис. 8, в). Угол λ делается для изменения направления стружки; он влияет па прочность головки резца и режущей кромки.

Кроме углов γ и α, рассматриваемых в главной секущем плоскости, иногда (например, при заточке) необходимо знать углы, рассматриваемые в продольной (параллельной оси резца) и поперечной (перпендикулярной к оси резца) плоскостях (рис. 9). В продольной плоскости А - а главная режущая кромка будет иметь углы γ прод и α прод, а в поперечной плоскости Б - Б -углы γ попер и α попер.

Зависимость между углами α и α попер определится из схемы, приведенной на рис. 10. Из прямоугольного треугольника D0E, расположенного в главной секущей плоскости N - N (см. рис. 9):

Из прямоугольного треугольника D0C, расположенного в сечении Б - Б:

Поделив одно уравнение на другое, получим:

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°.

Главными углами резца являются главный задний угол, передний угол, угол заострения и угол резания. Эти углы измеряются в главной секущей плоскости (рис. 5).

Главная секущая плоскость есть плоскость, перпендикулярная к главной режущей кромке и основной плоскости.

Главным задним углом называется угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Этот угол обозначается греческой буквой α (альфа).

Углом заострения называется угол между передней и главной задней поверхностями резца.

Этот угол обозначается греческой буквой β (бэта).

Передним углом называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, проведенной через главную режущую кромку перпендикулярно к плоскости резания.

Этот угол обозначается греческой буквой γ (гамма).

Углом резания называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

Этот угол обозначается греческой буквой δ (дельта).

Рис. 5. Углы токарного резца

Кроме перечисленных, различают следующие углы резца: вспомогательный задний угол, главный угол в плане, вспомогательный угол в плане, угол при вершине резца и угол наклона главной режущей кромки.

Вспомогательным задним углом называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости.

Этот угол измеряется во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной к вспомогательной режущей кромке, и основной плоскости и обозначается α 1

Главным углом в плане называется угол между главной режущей кромкой и направлением подачи.

Этот угол обозначается греческой буквой φ(фи).

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

Этот угол обозначается φ 1 .

Углом при вершине называется угол, образованный пересечением главной и вспомогательной режущих кромок.

Этот угол обозначается греческой буквой ε (эпсилон).

Упрощенное изображение углов резца, принятое на практике, указано на рис. 6, а и б (линия АА - плоскость резания). На рис. 6, в показаны углы резца в плане.

Рис. 6. Упрощенное изображение углов токарного резца

Главная режущая кромка резца может составлять различные углы наклона с линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости (рис. 7).

Рис. 7. Углы наклона главной режущей кромки: положительный (а), равный нулю (б) и отрицательный (в)

Угол наклона измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости, и обозначается греческой буквой λ (лямбда). Угол этот считается положительным (рис. 7, а), когда вершина резца является самой низкой точкой режущей кромки; равным пулю (рис. 7, б) - при главной режущей кромке, параллельной основной плоскости, и отрицательным (рис. 7, в) - когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки.

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.