Общие сведения

В процессе резания инструмент изнашивается. При определенной величине износа, соответствующей принятой величине критерия затупления, инструмент снимают со станка и перетачивают. Наиболее часто наблюдается неравномерный износ инструмента вдоль режущих  кромок. Например, наиболее интенсивно изнашивается вершина резца, уголки на периферийных участках режущих кромок сверла. Суммарный периметр режущих кромок зубьев червячной фрезы модуля 5 мм приблизительно равен 1500 мм. До полного же износа, после которого производят переточку, доводят только около 5...6 мм длины режущих кромок. Это вершины трех-четырех зубьев, расположенных ближе к центру заготовки. Причина такого неравномерного износа режущей части заключается в том, что отдельные участки режущих кромок загружены неравномерно. Интенсивный износ имеет место на тех участках, где условия работы наиболее тяжелые. Однако, при резании наблюдается взаимное влияние друг на друга различных участков режущих кромок. Так, опыты показывают, что стойкость сверл при рассверливании, при постоянных режимах резания существенно снижается, если уменьшать диаметр предварительно обработанного отверстия и вводить в работу более длинную режущую кромку. При этом наиболее интенсивный износ наблюдается на периферии сверла, хотя загрузка этой зоны режущих кромок сохраняется неизменной. Известно также, что улучшение геометрии центральной зоны сверла, например подточкой поперечной кромки, снижает интенсивность износа периферийной зоны режущих кромок и приводит к соответствующему повышению стойкости инструмента.

Поэтому для успешного решения задачи создания совершенных  конструкций инструментов необходимо знать характер загрузки раз- личных участков режущих кромок. Нагрузка же исследуемой точки режущей кромки при обработке заданной заготовки известным инструментом определяется главным образом скоростью резания и, толщиной среза а, а также продолжительностью ее контакта с материалом заготовки, т. е. временем резания и отдыха. Однако на интенсивность износа и стойкость инструмента наиболее сильно влияет скорость резания и в меньшей степени толщина среза.

Опыты показывают, что при увеличении скорости резания на 15 % стойкость быстрорежущего инструмента уменьшается ориентировочно на 300 %. Скорость резания в исследуемой точке режущей кромки инструмента определяется движением этой точки относительно заготовки. В практике металлообработки используются разнообразные процессы резания: точение, сверление, фрезерование и т. п. В большинстве случаев они основаны на сочетании элементарных движений, совершаемых инструментом и заготовкой на станке. Наиболее часто рассматриваемые элементарные движения являются прямолинейнопоступательными и вращательными равномерными движениями. Как известно, при поступательном движении все точки твердого тела имеют одинаковые по величине и направлению скорости v.


Вращательное движение тела вокруг некоторой оси О характеризуется вектором угловой скорости ω, направленным по оси вращения так, чтобы наблюдатель, смотрящий с конца этого вектора, видел вращение против движения стрелки. Скорость точки М тела, вращающегося вокруг оси О с угловой скоростью ω, определяется как векторное произведение вектора ω и радиуса r точки М, т. е. радиуса, соединяющего точку М с произвольной точкой О оси вращения. Примем точку О за начало прямоугольной системы координат. Тогда скорость точки М

 

 

Общие сведения

 

 

Наиболее простой совокупностью поступательного и вращательного движения является винтовое, когда вектор скорости поступательного движения v направлен по оси вращения. Тогда скорость любой точки тела

 

 

Общие сведения

 

 

Винтовое движение инструмента относительно заготовки наблюдается при точении круглых цилиндрических поверхностей, сверлении, зенкеровании, развертывании и т. п. Однако во всех рассматриваемых случаях скорость поступательного движения мала по сравнению со скоростью вращения и при расчете скорости резания ею пренебрегают. При точении, сверлении, зенкеровании, развертывании, фрезеровании скорость резания определяют как скорость вращения инструмента относительно заготовки, а за поверхность резания принимают поверхность вращения режущей кромки вокруг оси заготовки.

В случае, когда движение инструмента относительно заготовки складывается из ряда элементарных движений, определяют векторы скоростей исследуемой точки кромки при каждом из составляющих движений. Тогда скорость резания будет геометрической суммой векторов скоростей составляющих движений.

Толщина среза а в рассматриваемой точке режущей кромки инструмента есть расстояние от поверхности резания до внешней поверхности срезаемого слоя материала заготовки в данный момент. Толщина среза измеряется по нормали к поверхности резания. Внешней поверхностью срезаемого слоя могут быть обрабатываемая поверхность заготовки, поверхность резания предыдущего прохода либо поверхность резания, образующаяся режущей кромкой, смежной с исследуемой. Определяя толщину среза а, как правило, вначале находим вектор

подачи S, равный расстоянию между поверхностью резания и внеш-

 

 

Общие сведения

 

 

ней поверхностью срезаемого слоя, которое измеряется по произвольному направлению. Затем находим толщину среза а. Вектор подачи S либо задается для определенных процессов резания, либо определяется.

Например, при точении круглых цилиндрических поверхностей задается вектор подачи S как величина перемещения резца вдоль оси детали за один ее оборот. При
фрезеровании с прямолинейно-поступательным движением подачи вектор подачи S равен подаче на зуб Sz. Угол между вектором нормали N к поверхности резания и вектором S обозначим ε. Тогда приближенно толщина среза

 

 

Общие сведения

 

 

Угол ε между векторами N и S определяем по формуле

 

 

Общие сведения

 

 

Например, найдем толщину среза а при точении резцом винтовой поверхности (рис. 10.1). Считаем, что резец после каждого прохода углубляется под углом ϐ к оси заготовки на величину S. Тогда вектор подачи

 

 

Общие сведения

 

 

Для точки С режущей кромки скорость резания при винтовом Движении резца относительно заготовки

 

 

Общие сведения

 

 

Вектор, идущий по режущей кромке,

 

 

Общие сведения

 

 

Нормаль N к поверхности резания определится как векторное произведение векторов vc и Р, касающихся поверхности резания:

 

 

Общие сведения

 

 

При точении круглых цилиндрических поверхностей с продольной подачей ϐ = 0. Обычно за поверхность резания при точении принимают поверхность вращения режущей кромки вокруг оси заготовки, т. е. р = 0. Тогда формула для подсчета толщины среза

 

Общие сведения

Условия протекания процесса резания ограничивают как максимальные, так и минимальные толщины среза. При незначительных толщинах среза в результате округления режущей кромки резание происходит с большими по величине отрицательными передними углами, вследствие чего наблюдаются высокая температура в зоне контакта, повышенные усилия резания, быстрый износ инструмента. Рекомендуется минимальную толщину среза для обычных условий обработки выбирать не менее 0,015 мм. Максимальная толщина среза ограничивается прочностью инструмента и элементов станка, точностью обработки, шероховатостью обработанной поверхности, потому что при повышении толщины среза возрастают усилия и температура резания, деформации технологической системы, вибрации при резании.

 

Загрузка режущей части инструмента в целом наряду с величинами толщин среза, скоростей резания характеризуется также величиной активной длины режущих кромок. Активная длина — это та часть режущей кромки, которая соприкасается с материалом заготовки и срезает его в виде стружки. С точки зрения производительности труда обработку целесообразно вести при больших активных длинах режущих кромок. В этом случае в единицу времени будет срезаться больший объем материала заготовки и обрабатываться будет большее число деталей.

Одним из инструментов с наиболее развитой длиной активных режущих кромок являются протяжки. Длина режущих кромок четырех одновременно работающих зубьев круглой протяжки при ее диаметре, равном 20 мм, составляет 250 мм. Это обеспечивает высокую производительность труда при протягивании. Однако увеличение активной длины режущих кромок приводит к повышению сил резания, необходимой мощности привода станка, деформаций системы станок — приспособление — инструмент — заготовка. Поэтому при увеличении активной длины режущих кромок прочность инструмента, элементов станка и детали может оказаться недостаточной, могут появиться вибрации при обработке и повысится интенсивность износа. Таким образом, при выборе активной длины режущей кромки приходится учитывать противоположно действующие факторы. Это приводит к выбору наиболее целесообразной для определенных условий обработки длины активных участков режущих кромок.

При обработке токарными проходными резцами увеличение активной длины режущих кромок достигается уменьшением угла в плане φ. Но при этом возрастают усилия резания, и в частности радиальная составляющая усилия резания, что при обработке особенно нежестких деталей может привести к появлению вибраций и резкому снижению стойкости инструмента. Поэтому при обработке нежестких деталей применяют резцы с углами в плане φ = 90°. При выборе углов в плане φ на резцах для конкретных условий обработки принимают минимально возможное значение угла в плане φ, при котором не наблюдается появления вредных вибраций при обработке. Однако нужно также учитывать, что при уменьшении угла в плане φ увеличивается путь врезания инструмента в заготовку, что соответственно вызывает снижение производительности труда.

У фасонных резцов активная длина режущей кромки ограничена, как правило, прочностью и жесткостью детали, возможностью появле-

 

 

Общие сведения

 

 

ния нежелательных вибраций при обработке. Допустимая ширина профиля круглого резца при диаметре обрабатываемой детали, равном 10...15 мм, колеблется в зависимости от величины подачи, свойств обрабатываемого материала и т. п. от 10 до 25 мм, а при диаметре детали, равном 20...30 мм, приблизительно равна 40...75 мм. Максимально допустимую длину активных участков режущих кромок можно увеличить, применяя многозубые инструменты со стружкоразделительными канавками. Например, значительным шагом в развитии напильников явилось появление второй насечки на зубьях. Напильником с перекрестной насечкой стало легче работать, возросла производительность труда. Применяют так называемые затылованные (кукурузные) фрезы (рис. 10.2, а), у которых на режущих кромках создаются стружкоразделительные канавки, разделяющие широкую стружку на ряд мелких. Особенно хорошо обрабатывать этими фрезами глубокие пазы. Фрезы обеспечивают возможность работы с относительно высокими режимами резания, пониженными усилиями, при сравнительно малом расходе энергии для фрезерования. Положительный эффект дают стружкоразделительные канавки на сверлах (рис. 10.2, 6) и других инструментах.

Производительность обработки резанием, а следовательно, и загрузка. режущей части в сильной степени определяются скоростью резания. На практике повышение производительности труда за счет увеличения скорости резания обеспечивается применением новых инструментальных материалов.

 

 

Смотрите также