Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

Многочисленными экспериментами и данными. производства доказано, что одним из возможных путей совершенствования инструментов и повышения производительности обработки является создание целесообразных геометрических параметров на их режущей части. Чтобы находить рациональные конструкции инструмента, необходимо определить характер изменения геометрических параметров вдоль режущей кромки и во времени, от каких факторов он зависит и каким образом можно его изменить в целесообразную сторону.

Рассмотрим, например, тангенциальные фасонные резцы с прямолинейным поступательным движением подачи S (рис. 8.13, a). При точении заготовка быстро вращается вокруг своей оси с угловой скоростью ω, а резец совершает медленное движение подачи S. Исследуемая точка С режущей кромки резца в результате движения подачи в точке А начинает соприкасаться с заготовкой и срезать заданный припуск величиной ϐ. В точке В процесс резания заканчивается и при дальнейшем движении подачи резец металла не срезает. Определим передние углы в выбранной точке С режущей кромки. При определении поверхности резания движением подачи можно пренебречь и считать, что в исследуемый момент времени поверхностью резания является поверхность вращения режущей кромки вокруг оси заготовки. В тот момент, когда точка С попадает в точку А, нормаль к поверхности резания будет линией ОА. От вертикального направления она отклоняется на угол ui. Поэтому в точке А передний угол в процессе резания в рассматриваемом сечении

 
 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 

 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 
 

Когда исследуемая точка режущей кромки попадет в точку В, нормаль к поверхности резания будет линией ОВ и передний угол равен γ. Таким образом, передний угол в процессе резания γр уменьшается по сравнению со статическим углом γ. Амплитуда колебаний переднего угла при точении равна углу u1. Угол u1 подсчитываем по соотношению

 
 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 
 

Соответственно задние углы αр при точении будут увеличиваться по сравнению со статическим задним углом α. В точке А угол αp = α + u1, В точке В задний угол αр при резании равен статическому заднему углу α. В силу изменения углов резца при его проектировании задний угол α берут небольшой величины, равной 2...8°, а передний угол γ соответственно увеличивают.

Анализ приведенной формулы показывает, что амплитуда колебаний угла u1 а следовательно, передних и задних углов при точении зависит от припуска ϐ. Чем больше припуск ϐ, тем больше угол Поэтому для того чтобы амплитуда колебания угла u1 была небольшой, рекомендуется тангенциальные резцы применять при чистовом точении, т. е. при снятии небольших припусков. Если же необходимо снимать значительный припуск, то приходится распределять работу резания между несколькими следующими друг за другом резцами, установленными на разной высоте. Таким образом, приходится вместо тангенциального точения переходить на протягивание поверхностей вращения плоскими протяжками. Этот способ обработки в ряде случаев наиболее целесообразен.

Движение подачи при тангенциальном точении может быть вращательным (рис. 8.13, б). Вращаясь медленно вокруг оси 02, исследуемая точка режущей кромки резца, попадая в точку А, начинает срезать материал заготовки, а в точке В заканчивает процесс резания.

 

В точке В нормаль к поверхности резания, если пренебречь движением подачи, будет линией ОВ, а передние γр и задние αр углы равны статическим углам γ и α. В точке А нормаль к поверхности резания является линией ОА, а передний угол γр= γ— u2, задний угол αр = α + u3.

Рассмотрение чертежа показывает, что угол u2 существенно меньше угла т. е. при вращательном движении подачи амплитуда колебаний передних и задних углов при точении уменьшается по сравнению с точением при прямолинейно-поступательном движении подачи. Рассматривая треугольник ОО1А, по теореме косинусов получим следующую формулу для расчета угла u2:

 
 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 
 

Если выбрать направление вращательного движения подачи, обратное рассмотренному (рис. 8.13, в), то в момент начала резания в точке А передний угол γр будет больше статического переднего угла γ, а задний αp меньше статического заднего угла α:

 
 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 
 

Угол u3 подсчитывается по тому же соотношению, что и угол u2:

 
 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 
 

Таким образом, приходим к схеме попутного точения. Углы u2 и u3 зависят от припуска ϐ. Чтобы процесс резания был более стабильным, рассматриваемые тангенциальные резцы рекомендуется применять при снятии небольших припусков ϐ. Если необходимо снимать значительные припуски, то целесообразно переходить к протягиванию тел вращения круговыми протяжками, т. е. распределять работу срезания припуска на ряд зубьев (резцов) круговой протяжки.

У ряда инструментов геометрические параметры изменяются не во время процесса резания, а при переходе от одной точки режущей кромки к другой. В этом случае приходится решать задачу выравнивания геометрических параметров по длине кромок. Примером таких инструментов могут служить фасонные затылованные фрезы, фасонные радиальные резцы, спиральные сверла и другие.

Рассмотрим, например, геометрию режущей части спирального сверла. Расчеты показывают, что по длине режущих кромок сверла резко изменяются передние углы; задние углы и углы наклона режущей кромки. Так, у стандартного спирального сверла передние углы при их измерении в нормальном к режущей кромке сечении изменяются от + 30,5 ° на периферии до — З1 ° в центральной зоне сверла, задние углы возрастают соответственно от 6... 12° до 25... 30°, углы наклона режущей кромки λ — от 7° 30' до 45°. При расчетах указанных геометрических параметров было принято, что спиральное сверло имеет угол при вершине 2φ = 120°, радиус сердцевины сверла r = 0,15R, угол наклона винтовой канавки ω = 30°, угол наклона поперечной кромки φ = 55°. Выясним причины, которые вызывают столь резкое изменение геометрических параметров. Проанализируем геометрию задней поверхности зуба сверла. Считаем, что сверло заточено  по плоскости. Изобразим режущую часть спирального сверла (рис.  8.14). За плоскость проекций H примем плоскость, перпендикулярную к оси сверла, за плоскость V—плоскость симметрии режущей части сверла. По определению задний угол α заключен между задней поверхностью и поверхностью резания. За поверхность резания при сверлении, пренебрегая движением подачи, примем поверхность вращения режущей кромки АВ вокруг оси СЕ сверла. Определим нормали NA и NB к поверхности резания в двух точках А и В режущей кромки. Поскольку режущая кромка АВ лежит на поверхности резания, то нормали NA и NB в точках А и В расположатся в плоскостях, перпендикулярных к режущей кромке. Режущая кромка АВ располагается параллельно плоскости проекций V, поэтому рассматриваемые нормали лежат в вертикально-проецирующих плоскостях, следы которых обозначены через NV1 и NV2. С другой стороны, известно, что нормали к поверхности вращения пересекают ее ось. Плоскость Nl пересекает ось сверла в точке С. Поэтому линия АС (ее проекции A1C1 и A2С2) является нормалью к поверхности резания в точке A режущей кромки, линия BE — нормалью NB к поверхности резания в точке В режущей кромки. Чтобы изобразить истинное расположение нормалей NA и NB, в нормальных к режущей кромке сечениях введем новую систему плоскостей проекций V/W. Плоскость W проведем параллельно плоскостям N1 и N2. По правилу перемены плоскостей проекций находим проекции A3С3 и В3Енормалей NA и NB на плоскость W. Рассмотрение чертежа (рис. 8.14) показывает, что нормаль к поверхности резания меняет свое положение при переходе от одной точки режущей кромки к другой. При перемещении от периферии к центру угол τ, характеризующий положение нормалей, возрастает, т. е. нормаль к поверхности резания вращается вокруг режущей кромки, что и приводит к возрастанию задних углов от периферии к центру сверла. При заточке сверла по задней плоскости 3, след которой обозначен 3W, положение проекции 3W (второй линии пересечения задней плоскости и нормального сечения), ограничивающей задний угол αп, не меняется при переходе от периферии к центру. Таким образом, в рассматриваемом случае изменение задних углов вдоль режущей кромки сверла объясняется только изменением положения нормали, а следовательно, и плоскости резания, при переходе от одной исследуемой точки к другой.

При заточке по коническим и винтовым поверхностям касательная к задней поверхности в нормальном сечении будет менять свое положение, но это не окажет существенного влияния на характер изменения задних углов вдоль режущей кромки сверла. Величины передних углов γn в нормальных к режущей кромке сечениях резко изменяются по длине кромки по двум причинам. Во-первых, нормаль к поверхности резания изменяет свое положение. При переходе от периферии

 

 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 
 

к центру сверла нормаль к поверхности резания приближается к передней поверхности и на определенном участке кромки внедряется в тело сверла. Это приводит к уменьшению передних углов к центру сверла и к отрицательным передним углам в центральной зоне режущих кромок. Во-вторых, при переходе от периферии к центру меняется положение касательной к передней поверхности. На произвольном цилиндре радиуса Ri угол наклона винтовой линии его пересечения с передней винтовой поверхностью сверла

 

 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 

 

К центру сверла угол ω1 уменьшается, что приводит к уменьшению передних углов γN вдоль режущей кромки при перемещении от периферии к центру.

Рассмотрение формулы для определения переднего угла γN в нормальном к режущей кромке сечении показывает, что он зависит от угла в плане φ, угла наклона винтовой канавки ω угла u, измеряемого между радиусом рассматриваемой точки и проекцией, касательной к режущей кромке на плоскость, перпендикулярную к оси сверла. Для улучшения режущей способности сверла и выравнивания величин передних углов γN используются всевозможные способы подточки передней поверхности. Хорошо зарекомендовали себя подточка передней поверхности под углом 18...20° вдоль всей режущей кромки с оставлением фаски, разнообразные способы подточки передней поверхности в центральной зоне с уменьшением длины поперечной кромки до 0,1 диаметра сверла. В этом случае изменяется положение касательной к передней поверхности сверла, благодаря чему выравниваются величины передних углов вдоль режущих кромок.

Чтобы снизить интенсивность изменения передних и задних углов на режущей части, разработаны сверла с диаметрально расположенными кромками. У этих сверл угол u = 0 и передний угол γN подсчитывается по формуле

 
 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 
 

т. е. на всем протяжении диаметрально расположенной режущей кромки он будет положительным. Однако на небольшом участке в центральной зоне неблагоприятная геометрия сохраняется. Кроме того на периферии величины передних углов по сравнению со стандартными сверлами также возрастают, что нецелесообразно. У сверл с диаметрально расположенными прямолинейными режущими кромками поверхность резания будет конической, если пренебречь движением подачи. В этом случае нормали в различных точках режущей кромки, которая идет по образующей конической поверхности резания, займут идентичные положения в осевой плоскости сверла. В результате ликвидируется одна из причин резкого изменения передних углов, наблюдаемая у стандартных сверл. Чтобы уменьшить большие величины передних углов на периферии, в этой зоне создают участки режущих кромок с повышенными величинами углов u = 20...30°. Установлено, что стойкость таких сверл с ломаными режущими кромками выше стойкости сверл стандартной конструкции при обработке нержавеющих сталей. Более целесообразный, чем у стандартных сверл, характер изме- нения передних углов на режущей части можно получить за счет увеличения угла при вершине сверла 2φ.

Если для сверла с углом 2φ = 120° поверхность резания является гиперболоидом вращения, то для сверла с углом 2φ = 180° — плоскостью вращения режущих кромок вокруг оси сверла. В этом случае нормали к поверхности резания во всех точках режущих кромок идут параллельно оси сверла и не меняют своего расположения, что и приводит к более плавному изменению передних углов на режущей части.

Увеличение углов при вершине 2φ при обычных методах заточки сверл одновременно с улучшением геометрических параметров в цент- ральной области режущих кромок вызывает ухудшение геометрических параметров поперечной кромки сверла — уменьшение передних и задних углов на этой кромке. Для увеличения передних углов на поперечной кромке прорезается канавка. Однако и в этом случае у сверла с углом при вершине 2φ = 180° трудно создать необходимые задние углы в точке соприкосновения поперечной и режущих кромок. Поэтому угол при вершине в центральной области сверла может быть увеличен до 160..170°.

 

 

Совершенствование инструментов за счет создания целесообразных геометрических параметров на режущей части

 

 

Как показали испытания, стойкость рассматриваемых сверл в несколько раз выше стойкости стандартных сверл, а усилия подачи в 2,5...3,0 раза ниже. Однако во время работы рассматриваемых сверл со специальной заточкой, особенно при работе новыми сверлами сравнительно большой длины, наблюдаются их частые поломки, главным образом в зоне поперечной кромки. Чтобы усилить эту зону, нужно перейти на сверла с обратным углом при вершине в центральной зоне. Эти сверла более надежные. Применение рассматриваемых способов заточки сверл может быть успешным только при большой жесткости системы станок — приспособление — инструмент — деталь.

Хорошие результаты при сверлении мягких сталей с относительно большими подачами дает специальная заточка, при которой каждый зуб сверла имеет своеобразный фасонный профиль. Благодаря, этому один зуб сверла снимает стружку выступом , расположенным в середине, а смежный зуб — две стружки по краям.

Режущие кромки при рассматриваемом способе заточки на большей своей части располагаются под углом φ к оси сверла, близким к 90°. Это облегчает образование стружки, так как увеличиваются передние углы. Несмотря на значительные преимущества, в силу сложности и трудности выполнения этот вид заточки не получил распространения. Чтобы снизить амплитуду колебания передних углов на режущих кромках, целесообразно оформить режущие кромки в виде дуги окружности. Если считать, что центр радиусных режущих кромок проецируется на плоскости V (рис. 8.14) на ось сверла, то величины углов тдля различных точек режущих кромок будут одинаковыми. В результате одна из причин резкого изменения передних углов на режущей части сверла ликвидируется. Такие сверла имеют также более целесообразное распределение толщины среза по длине режущих кромок. Они обеспечивают на периферии сверла, наиболее быстро изнашивающейся, минимальные величины толщин среза. Испытания сверл с «радиусной» заточкой показывают, что их стойкость в несколько раз превышает стойкость сверл с обычной заточкой как при обработке чугуна, так и при обработке стали.

У ряда инструментов геометрические параметры режущей части существенно влияют на точность обработки деталей. У таких инструментов для обеспечения требуемой точности обработки деталей приходится выбирать неблагоприятные, с точки зрения стойкости, величины геометрических параметров режущей части. Так, малые величины передних и задних углов из этих соображений выбираются у зуборезных долбяков, передние углы, равные нулю, принимаются у резьбовых резцов. Для улучшения в подобных случаях геометрии передней поверхности ее подточку проводят так, чтобы режущая кромка сохранялась нетронутой. Такая фасонная форма передней поверхности создается на резьбовых резцах (рис. 8.15, a), зуборезных гребенках (рис. 8.15, б, в), многогранных неперетачиваемых пластинках (рис. 8.15, г) и других инструментах.

 

 

Смотрите также