2.1.2. Координатные плоскости и действительные углы режущего лезвия

Для определения действительных углов режущего лезвия, параметров сечения срезаемого слоя используются следующие координатные плоскости [1]: основная плоскость, рабочая плоскость, плоскость резания и плоскость стружкообразования.

Основная плоскость перпендикулярна скорости действительного главного движения. Для строгания (см. рис. 2.2) основной плоскостью будет ZOX.

Рабочая плоскость содержит векторы скорости резания v и подачи s (см. рис. 2.1, 2.2).

Плоскость резания проводится через режущую кромку и скорость резания v (см. рис. 2.2). Если режущая кромка криволинейная, то плоскость резания касается режущего лезвия в рассматриваемой точке.

Плоскость стружкообразования (для всей стружки) проходит через перпендикуляр к режущей кромке в плоскости резания и через вектор схода стружки v₁. В данной точке режущей кромки (для элементарного участка стружки шириной b) плоскость стружкообразования перпендикулярна режущей кромке.

Действительные углы режущего лезвия: угол в плане, задний угол, угол наклона режущей кромки и передний угол – определяются, соответственно, в основной плоскости, рабочей плоскости, плоскости резания и плоскости стружкообразования [1]. В основной плоскости измеряют углы в плане и радиус r закругления вершины (рис. 2.8, а).

Действительный угол в плане  измеряют в основной плоскости между проекцией режущей кромки и рабочей плоскостью (рис. 2.8, а).

Действительный задний угол  измеряют в рабочей плоскости (рис. 2.8, б) как угол между задней поверхностью и направлением вектора скорости движения резания.

В плоскости резания измеряют угол наклона режущей кромки  (рис. 2.8, г) между режущей кромкой и основной плоскостью. Положительным считается угол , если вершина резца – самая низкая точка режущей кромки [1].

При фрезеровании цилиндрической фрезой (рис. 2.9) угол  наклона режущей кромки является углом наклона винтового зуба. Соответственно, для прямозубой фрезы угол  равен нулю.

Рис. 2.8. Действительные углы режущего лезвия при строгании: а) в основной плоскости, б) в рабочей плоскости, в) в плоскости стружкообразования, г) в плоскости резания

Действительный передний угол измеряют в плоскости стружкообразования (рис. 2.7, в ), как угол между основной плоскостью и направлением вектора скорости схода стружки. Направление схода стружки в плоскости стружкообразования зависит от многих факторов и может существенно изменяться при изменении условий резания. Увеличение действительного переднего угла может быть вызвано возникновением на режущем лезвии наростов или застойных зон.

а) б)

Рис. 2.9. Схема фрезерования цилиндрической фрезой с винтовым зубом

2.1.3. Характеристики режима резания и сечения срезаемого слоя [1]

К числу основных характеристик режима резания относятся глубина резания t и глубина врезания е , подачи на оборот S₀ , на зуб S_Z, минутная подача S_м, скорость резания v.

Глубина резания t характеризует величину врезания режущей кромки, измеренную перпендикулярно рабочей плоскости. При прямых срезах, т. е. при , глубина резания вместе с углом в плане определяет ширину срезаемой стружки (рис. 2.8, а).

При обратных срезах, т.е. при , глубина резания более тесно связана с толщиной срезаемого слоя.

При торцовом фрезеровании на вертикально фрезерном станке (см. рис. 2.3.) рабочая плоскость расположена горизонтально и глубина резания измеряется перпендикулярно этой плоскости, т. е. вдоль оси вращения фрезы. При цилиндрическом фрезеровании (рис. 2.5) рабочая плоскость расположена вертикально. Глубина резания и в этом случае измеряется вдоль оси вращения фрезы, но в горизонтальной плоскости.

Глубина врезания е измеряется в рабочей плоскости в направлении, перпендикулярном подаче.

Этот параметр рассматривают только для таких способов обработки, в которых угол между векторами скорости резания и подачи изменяется, например для торцового и цилиндрического фрезерования. Глубина врезания инструмента е вместе с его диаметром D характеризует путь режущего лезвия за один оборот, часть траектории, при прохождении которой зуб находится в контакте с деталью.

Подача характеризуется несколькими различными параметрами. Скорость подачи, как правило, измеряют в мм/мин и называют минутной подачей S_м.

Кроме минутной подачи S_м, используют подачу S₀ на один оборот инструмента (или детали) (мм/об) или подачу на один двойной ход (мм/дв. ход), а также подачу на одно режущее лезвие или зуб (мм/зуб) – подачу на зуб S_Z.

Все три перечисленные характеристики измеряют в направлении движения подачи S_м, а следовательно, в рабочей плоскости. Они связаны между собой следующими соотношениями:

, (2.7)

, (2.8)

где n – частота вращения, Z – число зубьев (режущих лезвий) инструмента.

Поскольку в общем случае подача не перпендикулярна скорости резания v и, следовательно, не обязательно находится в основной плоскости, целесообразно рассматривать также нормальную к скорости резания составляющую подачи S_Z – подачу S_

. (2.9)

Для точения, например,

(2.10)

а минутная подача

. (2.11)

Скорость резания v при вращательном движении инструмента или детали рассчитывается по формуле

, (2.12)

где D и n – диаметр и частота вращения инструмента или детали.

При прямолинейном движении, например при строгании с длиной хода ползуна L и частотой n, скорость резания v определяется следующим образом:

. (2.13)

Сечение срезаемого слоя в основной плоскости при несвободном резании, прямолинейных главной и зачищающей кромках и нулевом вспомогательном угле  в плане имеет форму параллелограмма (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Схема к определению действительной и средней

толщин срезаемого слоя в основной плоскости при продольном точении: 1 – деталь; 2 – резец; 3 – стружка

Проекция скорости стружки v₁ на основную плоскость составляет с нормалью к проекции главной режущей кромки угол . При прямоугольном несвободном резании ( в первом приближении принимают, что скорость стружки v₁ перпендикулярна диагонали параллелограмма АВСD – сечения срезаемого слоя [1].

Длина диагонали АС сечения срезаемого слоя (рис. 2.10) при нулевом угле наклона режущей кромки  может быть принята за действительную (максимальную) ширину срезаемого слоя

,   (2.14)

где

При значительном превышении длины главной режущей кромки в сравнении с длиной зачищающей (вспомогательной) кромки, т. е. при

, (2.15)

отклонением скорости v₁ от нормали можно пренебречь (  0), а угол  между диагональю АС и подачей считать равным углу в плане . При этом приближенное (статическое) значение ширины срезаемого слоя b_c вычисляется по простой формуле

. (2.16)

При косоугольном резании (т. е. когда угол  не равен нулю) ширина срезаемого слоя будет несколько больше

. (2.17) Толщина срезаемого слоя a может быть охарактеризована: действительной толщиной a_д, действительной максимальной толщиной а_м, действительной средней толщиной а_ср, статической толщиной срезаемого слоя а_с.

Действительная толщина срезаемого слоя a_д измеряется в основной плоскости в направлении скорости стружки v₁, т.е. перпендикулярно диагонали сечения срезаемого слоя. Поскольку в направлении скорости v₁ расстояние между ломаными линиями АВС и ADC переменно, то и действительная толщина срезаемого слоя может быть переменной по ее ширине (рис. 2.10).

Эпюра изменения действительной толщины срезаемого слоя имеет вид трапеции, а при равных длинах главной и вспомогательной режущих кромок – треугольника.

При прямоугольном резании ( и выполнении условия (2.10) толщина срезаемого слоя приближенно оценивается статической толщиной срезаемого слоя а_с=BF, измеренной в направлении нормали к проекции главной режущей кромки:

. (2.18)

Средняя толщина срезаемого слоя а_ср= BG определяется в направлении скорости стружки из условия равенства

, (2.19)

поскольку оба эти произведения выражают площадь сечения срезаемого слоя:

. (2.20)

При свободном резании (одной прямолинейной режущей кромкой), а также при несвободном резании, не вызывающем отклонения вектора стружки v₁ от нормали к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (например, при отрезке, сверлении и др.), используют статические значения толщины и ширины срезаемого слоя ( =, =0).