3.3. Соотношение между углами заточки и рабочими углами резца

Процесс резания осуществляется перемещением режу­щего инструмента относительно поверхности обрабаты­ваемой детали. В зависимости от положения плоскости резания в процессе обработки углы инструмента могут изменяться, что наблюдается, когда плоскость резания занимает иное положение, чем в статической системе координат. Кроме того, геометрические параметры режу­щей части инструментов, полученные после заточки, изменяются, или трансформируются, в результате:

• изме­нения положения резца относительно основной плоскости;

• при установке вершины резца выше или ниже оси центрров станка или детали;

• вследствие изнашивания рабочих поверхностей инструмента.

Предположим, что процесс резания осуществляется по схеме, указанной на рис.3.4, где в качестве инструмента используется призматический брусок со статическими углами γ = 0°, α = 0°. На рис.3.4а отсутствует движе­ние подачи, плоскость резания при обработке совпадает со статической, поэтому кинематические углы соот­ветствуют статическим. Инструмент имеет угол α = 0°, в результате чего увеличивается трение между задней и обрабатываемой поверхностями. Для уменьшения тре­ния необходимо на инструменте создать положительный задний угол α.

Теперь предположим, что инструменту сообщается одновременно два движения резания (рис.3.4б). Одно из движений (главное) совершается со скоростью V, вто­рое (движение подачи) — со скоростью Vs. Результирую­щей скоростью будет скорость Ve. В данном случае траек­торией движения рассматриваемой точки лезвия является наклонная прямая ОB, параллельная вектору скорости резания Ve.

Рис. 3.4. Схема изменения статических углов резца в процессе резания: а— α = 0°; б — α ≠ 0°

Эта прямая — след плоскости резания в процессе обработки. Таким образом, плоскость резания занимает иное положение, чем в статике, так как след плоскости резания в статике — прямая ОА. Статический передний угол γ = 0°, кинематический передний угол γ_к приобретают положительное значение.

Если статический задний угол α = 0° в процессе резания он имеет отрицательное значение. то в этом случае осущест­вление процесса резания возможно лишь при условии смятия, пластического деформирования и выдавливания задней поверхностью слоя С материала обрабатываемой детали, препятствующего движению по направлению вектора Ve. Чтобы создать нормальные условия резания, необходимо обеспечить задний угол α больший, чем угол η:

tg η = V_s/V.

На рис.3.5 упрощенно показана работа резца при продольном точении с φ = 90° и λ = 0°.

Рис. 3.5. Изменение углов резца в процессе работы: а — продольное точение; б — поперечное; в — развертка траектории точки режущей кромки резца

Режущая кромка резца установлена на уровне оси заготовки: B–В –положение плоскости резания при вращении заготовки и отсутствии подачи (точки режущей кромки описывают окружности, касательная к ним занимает вертикальное положение); А–А – положение плоскости резания, ка­сательной к винтовой поверхности резания, при работе с включенной подачей; α_к – кинематический задний угол; η – угол между направлениями скоростей резуль­тирующего движения резания и главного движения, называемый углом скорости резания.

Поверхность резания в кинематике будет ближе к зад­ней поверхности резца. В результате изменения положе­ния плоскости резания задний угол уменьшается: α_к = α – η.

Если развернуть на плоскость окружность вращения и винтовую траекторию точки режущей кромки, мы получим треугольник, в котором катетами будут подача и окружность вращения, а гипотенузой – винтовая траек­тория, отсюда η = arctg(S_o/2πD).

С увеличением подачи увеличивается наклон винто­вой траектории точки режущей кромки (эти траектории образуют поверхность резания), а кинематический задний угол уменьшается. Разные точки режущей кромки нахо­дятся на различных диаметрах заготовки, а следова­тельно, наклон их винтовых траекторий будет различным. Чем меньше диаметр заготовки, тем значительнее умень­шается задний угол в процессе работы, так как наклон винтовой траектории больше.

Если резец имеет угол в плане φ =90°, направление подачи и секущей плоскости, в которой измеряется угол α, совпадает. Если угол φ ≠ 90°, угол между положениями плоскости резания, измеренный в главной секущей пло­скости, можно определить по формуле

tgη_φ = tgη·sinφ,

кинематический задний угол в главной секущей пло­скости

α_к = α – η_φ .

При поперечном точении, при отрезании детали точки режущей кромки описывают архимедову спираль, сле­довательно, касательная к поверхности резания и пло­скость резания также будут отклоняться от касательной к окружности вращения, и кинематический задний угол резца будет меньше.

Чем больше подача и меньше диаметр, на котором расположена точка режущей кромки, тем больше угол между положениями плоскости резания. Следовательно, кинематический задний угол при поперечном точении

α_к = α – η_φ

где tgη_φ = tgη·sinφ

При обычно употребляемых при точении подачах угол η незначителен, и изменением заднего угла в про­цессе работы можно пренебречь. В процессе работы с большими подачами (при затыловочных работах, нарезании резьбы, обработке ходовых винтов) необходимо учитывать изменение заднего угла резца, угол его заточки должен быть больше на угол η_φ.

Передний угол резца γ в этом случае увеличивается на угол η_φ, так как основная плоскость изменяет свое положение (см. определение переднего угла и рис. 3.5.). Угол заострения резца β остается постоянным. Таким образом, во время работы резец в главной секущей плоскости будет иметь кинематический передний угол, равный γ_к = γ + η_φ обеспечения в процессе рабо­ты оптимального заднего угла его затачивают, увели­чивая на η_φ. Это уменьшает угол заострения β и ухудшает условия работы резца. Чтобы сохранить их оптимальными, передний угол можно уменьшить на η_φ.

Иногда необходимо установить режущую кромку ниже или выше оси заготовки. Наличие положительного или отрицательного угла наклона режущей кромки также приводит к тому, что точки режущей кромки распола­гаются ниже или выше оси заготовки. При этом будет изменяться положение касательной к поверхности ре­зания (из-за выпуклости или вогнутости поверхности резания). Передний и задний углы будут равны (рис. 3.6):

γ_y = γ ± τ_φ

Если угол φ = 0°, то τ = arcsin (h/R). Если угол φ ≠ 0°, то tgτ_φ = tgτ•сosφ.

Таким образом, во время работы резец в главной секущей плоскости будет иметь кинематические углы:

α_к = α - η_φ ± τ_φ; γ_к = γ + η_φ ± τ_φ

Рис. 3.6. Геометрические параметры резца в зависимости от положения его вершины относительно оси центров:

а, б, в – при наружном точении;

г, д, е – при растачивания

Лекция 4. Процесс образования стружки