Общие сведения. Конструктивные элементы и геометрические параметры, присущие металлорежущим инструментам всех видов

Конструктивные элементы и геометрические параметры, присущие металлорежущим инструментам всех видов, могут быть рассмотрены на примере токарных резцов, являющихся наиболее простыми и распространенными.

Конструктивные элементы токарного резца

Резец (рис. 1) состоит из рабочей части (участок L ₁),на которой расположены режущие кромки и рабочие поверхности, и державки (участок L ₂), служащей для закрепления инструмента на суппорте станка [1, 2, 3].

На рабочей части различают следующие поверхности: А _g – передняя поверхность, по которой сходит стружка; А _a и А _a1 – задние поверхности, обращенные к обрабатываемой заготовке. Передняя и задняя поверхности инструмента могут быть выпуклыми или вогнутыми поверхностями, плоскостями или их комбинациями. Режущие кромки образуются пересечением передней и задних поверхностей и разделяются на главную (линия 1 – 2), которая выполняет основную работу по срезанию припуска, и вспомогательную (линия 1 – 3), выполняющую вспомогательное резание. Главная режущая кромка формирует большую сторону сечения среза, а вспомогательная – меньшую сторону сечения среза. Соответственно различают главную заднюю поверхность А _a, примыкающую к главной режущей кромке, и вспомогательную заднюю поверхность А _a1, примыкающую к вспомогательной режущей кромке. В зависимости от типа инструмента вспомогательных задних поверхностей на нем может быть больше, чем одна (например, у отрезного резца) или не быть совсем (цилиндрическая фреза). Участок режущих кромок в месте пересечения двух задних поверхностей называют вершиной резца (точка 1). Воизбежание быстрого износа резца его вершину выполняют с радиусом r _в (рис. 2). Этот криволинейный участок (линия а – б) является переходной режущей кромкой, иногда её выполняют прямолинейной. При наличии переходной кромки вершиной резца 1 обычно считают ту точку кромки, которой инструмент касается обработанной поверхности.

Геометрические параметры резцов

Взаимное расположение вышеуказанных поверхностей и кромок определяется системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами инструмента. Для определения статических геометрических параметров режущих инструментов ГОСТом 25762-83 установлены следующие координатные плоскости (рис. 3):

Рис. 1. Конструктивные элементы резца: L ₁ – рабочая часть; L ₂– державка (корпус); D_s – движение подачи; А _g – передняя поверхность; А _a – главная задняя поверхность; А _a1 – вспомогательная задняя поверхность; линия 1 – 2 – главная режущая кромка; линия 1 – 3 – вспомогательная режущая кромка; 1 – вершина резца

Рис. 2. Радиус вершины r _в резца

Рис. 3. Исходные координатные плоскости для определения статических углов резца: линия 1 – 2 – главная режущая кромка; линия 1 – 3 – вспомогательная режущая кромка; 4 – рассматриваемая точка режущей кромки; 5 – обрабатываемая поверхность; 6 – обработанная поверхность; R – поверхность резания; D_r – главное движение резания; D_{s прод} и D_{s поп} – движения продольной и поперечной подач; V – скорость резания; V _s – скорость движения подачи; V _e –скорость результирующего движения резания; h – угол скорости резания; m – угол подачи; P _vc – статическая основная плоскость; P _nc – статическая плоскость резания;

Р _s – рабочая плоскость; Р _tс – статическая главная секущая плоскость;

Р ^/_tс – статическая вспомогательная секущая плоскость

– статическая основная плоскость P _vc – координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного движения резания V (плоскость ху); для токарных резцов плоскость P _vc параллельна направлениям продольной и поперечной подач, а также параллельна опорной плocкости стержневого резца;

– статическая плоскость резания P _nc – координатная плоскость, касательная крежущей кромке резца в рассматриваемой точке и перпендикулярная статической основной плоскости;

– рабочая плоскость Р _s – плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения и движения подач; при продольном точении рабочей плоскостью является плоскость xz, при поперечном – плоскость yz;

– статическая главная секущая плоскость P _tc – координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения плоскостей Р _vс и Р _nс (плоскость P _tc перпендикулярна проекции главной режущей кромки на статическую основную плоскость Р _vс);

– статическая вспомогательная секущая плоскость P ′_tc – плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки на статическую основную плоскость Р _vс.

Далее статические углы будем называть просто геометрическими параметрами.

Положение режущих кромок резца определяют углы j, j₁, измеряемые в основной плоскости, угол наклона главной режущей кромки l, который измеряется в плоскости резания (рис. 4):

– главный угол в плане j – угол в основной плоскости между плоскостью резания и рабочей плоскостью (угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи);

– вспомогательный угол в плане j₁ – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и обратным направлением движения подачи;

– угол при вершине в плане e – угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость; между углами в плане существует следующая зависимость: j + e + j₁ = 180°;

– угол наклона главной режущей кромки l – угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью. Угол l считается положительным, когда вершина резца является наинизшей точкой режущей кромки; отрицательным, когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки; нулевым, когда режущая кромка параллельна основной плоскости (рис. 5).

Рис. 4. Геометрические параметры резца

Рис. 5. Определение знака угла наклона главной режущей кромки

Главные углы резца измеряются в главной секущей плоскости Р _tс (см. рис. 4):

– главный задний угол a – угол в главной секущей плоскости между главной задней поверхностью инструмента и плоскостью резания;

– главный передний угол g – угол в главной секущей плоскости между передней поверхностью инструмента и основной плоскостью; если угол g располагается вне тела инструмента, то его считают положительным, а если в теле инструмента, то отрицательным;

– главный угол заострения b – угол в главной секущей плоскости между передней и главной задней поверхностями лезвия;

– главный угол резания d – угол в главной ceкущей плоскости между передней поверхностью инструмента и плоскостью резания.

Между вышеперечисленными углами существуют следующие зависимости: a + β + g = 90°; d = a + β; d = 90° – g. Если передняя и задняя поверхности криволинейны, то углы инструмента измеряются от касательных линий, проведенных к криволинейным линиям сечения в точке, принадлежащей режущей кромке (рис. 6, а); передняя поверхность может быть выполнена с фаской f (рис. 6, б).

а б

Рис. 6. Измерение углов в главной секущей плоскости: а – при криволинейных передней и задней поверхностях; б – при наличии фаски f на передней поверхности

Вспомогательные углы резца измеряются во вспомогательной секущей плоскости Р '_tс (см. рис. 4):

– вспомогательный задний угол a₁ – угол во вспомогательной секущей плоскости между вспомогательной задней поверхностью инструмента и вертикальной плоскостью;

– вспомогательный передний угол g₁ – угол во вспомогательной секущей плоскости между передней поверхностью инструмента и основной плоскостью;

– вспомогательный угол заострения β₁ – угол во вспомогательной секущей плоскости между передней и вспомогательной задней поверхностями инструмента;

– вспомогательный угол резания d₁ – угол во вспомогательной секущей плоскости между передней поверхностью инструмента и вертикальной плоскостью.

Между вспомогательными углами существуют следующие зависимости:

a₁ + β₁ + g₁ = 90°; d₁ = a₁ + β₁; d₁ = 90° – g₁.

Классификация и назначение резцов

В зависимости от видa оборудования, на котором применяются инструменты, различают резцы: токарные, строгальные, долбежные. Резцы токарные можно классифицировать по следующим признакам:

– по инструментальному материалу, из которого выполнена рабочая часть резца: углеродистые, легированные, быстрорежущие, твердосплавные, минералокерамические, алмазные, эльборовые;

– по конструкции: цельные, выполненные из одного материала, и составные, державка которых изготавливается из конструкционной стали, а рабочая часть – из инструментального материала; составные резцы могут быть сварными, с напаянной режущей пластиной, с механическим креплением режущей пластины;

– по характеру выполняемых операций: черновые и чистовые;

– по расположению главной режущей кромки: правые и левые (рис. 7);

– по форме и расположению рабочей части относительно державки резца: прямые (ось резца прямая); отогнутые (рабочая часть резца в плане отогнута в сторону); изогнутые (ось резца изогнута в боковой проекции); оттянутые, у которых рабочая часть уже тела резца (рис. 8);

– по назначению: проходные (рис. 9); подрезные (рис. 10); отрезные (рис. 11) и прорезные (рис. 12); резьбовые (рис. 13); расточные (рис. 14); фасонные (рис. 15). На рис. 9...15: N-N – главная ceкyщaя плоскость; N₁-N₁ – вспомогательная секущая плоскость.

Рис. 7. Резцы токарные: 1 – левый; 2 – правый

Рис. 8. Классификация токарных резцов: а – прямые левый и правый;

б – отогнутые левый и правый; в – оттянутые вправо, симметрично, влево;

г – изогнутые вверх и вниз

Рис. 9. Резцы токарные проходные, оснащенные пластинами из твердого сплава: а – прямой; б – отогнутый; в – упорный

Рис. 10. Резцы токарные подрезные, оснащенные пластинами из твердого сплава: а – отогнутый; б – торцовый

Рис. 11. Резец токарный отрезной оттянутый влево, оснащенный пластиной из твердого сплава

Рис. 12. Резцы токарные прорезные, оснащенные пластинами из твердого сплава: а – наружный; б – внутренний; в – торцовый

Рис. 13. Резцы токарные резьбовые, оснащенные пластинами из твердого сплава: а – для наружной резьбы; б – для внутренней резьбы

Рис. 14. Резцы токарные расточные, оснащенные пластинами из твердого сплава: а – для сквозных отверстий; б – для глухих отверстий

Рис. 15. Резцы токарные фасонные: а – стержневого типа; б – круглые;

в – призматические

Измерение геометрических параметров

Геометрические параметры резцов измеряют универсальным, настольным угломерами, угломером с отвесом. Углы в плане измеряют, как правило, универсальным угломером. На рис. 16 показано измерение главного угла в плане j: линейку 4 угломера прикладывают к режущей кромке (линия 1 – 2), а линейку 5 – к боковой стороне резца. Показания на шкале угломера дают значения углов j. Аналогично измеряют вспомогательный угол в плане j₁. Измерение передних и задних углов, а также угла наклона главной режущей кромки универсальным угломером показано на рис. 17 [4].

Рис 16. Измерение углов в плане резца: 1 – 2 – главная режущая кромка;

1 – 3 – вспомогательная режущая кромка; 4 – подвижная линейка угломера; 5 – неподвижная линейка угломера

Настольным угломером конструкции КРИН измеряют главные и вспомогательные углы, а также угол наклона главной режущей кромки l (рис. 18). При измерении главных углов сектор 3 располагают в главной секущей плоскости, при измерении вспомогательных углов – во вспомогательной секущей плоскости, а при измерении угла l – в плоскости резания резца, опорная плоскость которого совмещена с плоскостью плиты угломера. При измерении задних углов мерительную плоскость 4 сектора 3 совмещают с задними поверхностями резца, при измерении передних углов с передней поверхностью резца совмещают мерительную плоскость 5 сектора 3, эту же, мерительную плоскость 5 совмещают с главной режущей кромкой резца (линия 1 – 2) при измерении угла l. Значения углов определяются показаниями по шкале угломера.

На рис. 19, 20 показаны примеры измерения геометрических параметров токарных резцов настольными угломерами МИЗ и ЛМТ соответственно. На рис. 21 показаны схемы измерения геометрических параметров резцов угломером с отвесом [4].

Рис. 17. Измерение передних (а) и задних (б) углов, угла наклона главной режущей кромки резца (в) универсальным угломером

Рис. 18. Измерение заднего (а) и переднего (б) углов и угла наклона главной режущей кромки резца (в) настольным угломером КРИН: 1 – 2 – главная режущая кромка резца; 3 – сектор угломера; 4, 5 – мерительные плоскости сектора

На рис. 21 приведен пример выполнения графической части лабораторной работы по назначению токарных резцов для обработки заготовки.

При назначении резцов необходимо придерживаться следующих требований:

– необходимо показать на эскизе направления главного движения резания и движения подачи;

– нумерация резцов ведется по мере их использования в процессе обработки;

– в первую очередь осуществляется подрезка торца заготовки;

– изображения резцов на эскизе детали показываются только со стороны суппорта станка;

– поверхности, прилегающие к трехкулачковому патрону, не обрабатываются;

– инструмент показывается в конце обработки;

– длина главной режущей кромки токарных резцов должна быть больше длины контактирующей с ней поверхности заготовки для исключения образования заусенцев в процессе обработки из-за возможных вибраций инструмента.

Рис. 19. Измерение переднего (а) и заднего (б) углов, угла в плане (в) и угла наклона главной режущей кромки резца (г) настольным угломером МИЗ

Рис. 20. Измерение переднего (а) и заднего (б) углов, угла в плане (в) и угла наклона главной режущей кромки резца (г) настольным угломером ЛМТ

Рис. 21. Измерение переднего (а) и заднего (б) углов, угла в плане (в) и угла наклона главной режущей кромки резца (г) угломером с отвесом

– желательно при назначении инструмента выполнить сначала наружную обработку детали, а затем обработку отверстий, пазов и т.д.;

– обрыв изображения инструмента внутри эскиза заготовки недопустим. Линия обрыва выполняется на призматической части державки токарных резцов;

– название использующегося инструмента выполняется в соответствии с приведенным примером (рис. 22).

1 – резец токарный подрезной отогнутый правый, оснащенный пластиной из твердого сплава Т15К6;

2 – резец токарный проходной прямой правый, оснащенный пластиной из твердого слава Т15К6;

3 – резец токарный фасонный круглый из быстрорежущей стали Р6М5;

4 – резец токарный проходной отогнутый правый, оснащенный пластиной из твердого слава Т15К6;

5 – резец токарный расточной для сквозных отверстий правый, оснащенный пластиной из твердого слава Т15К6;

6 – резец токарный прорезной внутренний правый, оснащенный пластиной из твердого слава Т15К6;

7 – резец токарный расточной для сквозных отверстий правый, оснащенный пластиной из твердого слава Т15К6

Рис. 22. Пример выполнения эскиза детали с обрабатывающими ее резцами