Раздел 2. Геометрия резца. Параметры режима и сечения среза

Углы в главной секущей плоскости: a – задний угол – угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания; b – угол заострения – угол между передней и главной задней поверхностями; g – передний угол – угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания и проходящей через режущую кромку; d – угол резания – угол между передней поверхностью и плоскостью резания. Перечисленные углы связаны между собой зависимостью: g+a+b=90°; d=a+b. Если угол резания больше 90°, то угол считают отрицательным: (-g)=d-90°.

Угол во вспомогательной секущей плоскости: a₁ – задний вспомогательный угол – угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной основной, проходящей через вспомогательную режущую кромку.

Углы в плане: j – главный угол в плане – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи; j₁ – вспомогательный угол в плане – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи; e – угол при вершине – угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость. Углы в плане связаны зависимостью j+j₁+e=180°.

Угол наклона главной режущей кромки: l – угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости; угол l измеряется в плоскости, перпендикулярной к основной и проходящей через главную режущую кромку. Принято различать положительный и отрицательный угол l: если режущая кромка от вершины резца идет вверх, то угол считается положительным, если вниз – отрицательным.

К параметрам режима резания относят скорость резания V, глубину резания t, подачу S.

Под скоростью резания обычно понимают скорость главного движения. Скорость резания лезвийного инструмента принято измерять в м/мин. Она рассчитывается по формуле  где D – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки, об/мин; V – скорость резания, м/мин.

Глубиной резания t называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью заготовки, измеренное перпендикулярно направлению движения подачи .

В общем случае различают минутную подачу, подачу на оборот и подачу на зуб (для многолезвийного инструмента). Минутной подачей S (мин), или скоростью подачи называется величина перемещения режущей кромки инструмента в направлении движения подачи за одну минуту (мм/мин).

Подачей на оборот S_o называется величина перемещения режущей кромки инструмента в направлении движения подачи за один оборот заготовки или инструмента (мм/об). Подача на зуб S_z – это величина перемещения режущей кромки инструмента в направлении движения подачи при повороте инструмента на один окружной шаг (на один зуб) (мм/зуб). Минутная подача определяет производительность обработки, подача на оборот определяет шероховатость обработанной поверхности, подача на зуб характеризует нагрузку на режущее лезвие.

Между различными подачами существуют следующие соотношения:

S_мин = S_o · n,   S_z = где z – число зубьев инструмента.

Раздел 3. Стружкообразование и контактные процессы

Процесс перехода материала срезаемого слоя в стружку сопровождается упругими и пластическими деформациями обрабатываемого материала на разных участках зоны резания. Взаимодействие контактных поверхностей инструмента с обрабатываемой поверхностью сопровождается трением и дополнительными изменениями в контактных слоях обрабатываемого материала.

В процессе резания режущий клин перемещается в направлении скорости резания v и снимает срезаемый слой толщиной а.

Основные явления при переходе срезаемого слоя в стружку проходят в трех зонах: в зоне основной деформации срезаемого слоя, в зоне контакта с передней поверхностью инструмента и в зоне контакта обрабатываемого материала с задней поверхностью. В зоне основной деформации срезаемого слоя изменяется деформированное состояние от упругого до пластического.

При резании конструкционных углеродистых и легированных сталей и сплавов образуются четыре вида стружек: элементная, суставчатая, сливная и надлома.

а – элементная; б – суставчатая; в – сливная; г – надлома

Элементная стружка состоит из отдельных элементов приблизительно одинаковой формы, не связанных или слабо связанных друг с другом. У суставной стружки разделения ее на отдельные части не происходит. Основным признаком сливной стружки является сплошность, однородность ее структуры. Контактная поверхность сливной стружки гладкая, блестящая; свободная поверхность стружки – с мелкими зубчиками. При высокой скорости имеет бархатистый вид. Цвет сливной стружки обычно синий. Стружка надлома образуется при обработке хрупких материалов. Ее частички имеет различные размеры и форму, в которых отсутствует пластическая деформация. Наиболее характерным типом стружки при резании пластичных металлов является сливная стружка.

Обычно применяют упрощенное представление о механизме образования стружки и деформированном состоянии материала на разных участках зоны резания. Реальная картина усложнена следующим:

- степень деформации материала в основной зоне срезаемого слоя является переменной по глубине слоя;

- деформированные состояния в разных зонах формируются при повышенных температурах, соответствующих условиям процесса резания;

- неравномерная деформация, неравномерный нагрев и последующее охлаждение обрабатываемого материала способствуют формированию в материале остаточных напряжений;

- на разных стадиях формирования напряженно-деформированного состояния материала, переходящего в стружку, может наступить частичное или полное разрушение стружки.

 

Раздел 4. Силы резания

Силы резания. При точении на резец действует результирующая сила, величина и направление которой зависят от конкретных условий работы инструмента: физико-механических свойств обрабатываемых материалов, геометрических параметров режущей части резца, схемы резания, параметров режима резания и других условий. Для удобства изучения действия результирующей (общей силы) ее принято раскладывать на три составляющие.

Технологическими составляющими силы резания называют ее проекции на технологические оси x, y, z:

– ось x направлена вдоль подачи S;

– ось y перпендикулярна к обработанной поверхности;

– ось z совпадает с вектором V скорости главного движения

Значения перечисленных сил необходимо знать при назначении мощности двигателя станка, расчете и проверке механизмов коробки скоростей и коробки подач, расчете режущего инструмента на прочность и жесткость, определении жесткости узлов станка и приспособлений, анализе условий появления вибраций и решении других инженерных задач.

Основой для определения составляющих сил резания в зависимости от параметров режима резания (t, s, v) являются эмпирические формулы вида:

где C_Pz, C_Py и C_Px – постоянные коэффициенты, учитывающие свойства обрабатываемого материала, геометрию режущей части, условия смазки, охлаждения и прочие особенности процесса резания; X_Pz, X_Py, X_Px, Y_Pz, Y_Py, Y_Px, Z_Pz, Z_Py и Z_Px – показатели степени, характеризующие закон изменения составляющих силы резания в зависимости от параметров режима t, s, v.