Для того чтобы обрабатывать заготовку резанием и получать в результате этого обработанные поверхности той или иной детали, заготовка и применяемый режущий инструмент должны совершать определенные движения. Эти движения разделяются на основные (служащие для осуществления процесса резания) и вспомогательные (служащие для подготовки к процессу резания и для завершения операции). Основных движений два:

• движение резания (или главное движение);
• движение подачи.

При обработке на токарном станке движение резания - вращательное - совершает заготовка, тем или иным способом скрепленная со шпинделем станка, а движение подачи - поступательное - получает режущий инструмент (резец), жестко закрепленный в резцедержателе. Движение позволяет осуществлять процесс резания (образования стружки) , движение же подачи дает возможность вести этот процесс (обработку) по всей длине заготовки (рис. ч.16).

Глубина резания (t) -величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. Глубина резания всегда перпендикулярна направлению движения подачи (см. также рис. 11 -14). При наружном продольном точении (рис. 16) она представляет собой полуразность между диаметром заготовки и диаметром обработанной поверхности, полученной после одного прохода:

Скорость резания υ - величина перемещения точки режущей кромки относительно поверхности в единицу времени в процессе осуществления движения резания*.

При токарной обработке, когда обрабатываемая заготовка вращается с частотой n об/мин, скорости резания в точках МК режущей кромки будет величиной переменной. Максимальная скорость:

где D - наибольший диаметр поверхности в мм.

* Скорость резания является функцией частоты вращения заготовки и скорости перемещения резца (подачи).

Если скорость будет известна, то легко определить частоту вращения:

При продольном точении скорость резания имеет постоянную величину на протяжении всего времени резания (если диаметр заготовки вдоль всей ее длины одинаков, а частота вращения неизменна). При подрезке торца, когда резец перемещается от периферии заготовки к центру, скорость резания при постоянной частоте вращения переменна. Она имеет наибольшее значение у периферии и равна нулю в центре (рис. 17). Переменной вдоль обработанной поверхности скорость резания будет и при отрезке (см. рис. 14). Однако в этих случаях учитывают максимальную скорость резания.

Подача s (точнее, скорость подачи) - величина перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу времени в направлении движения подачи. При токарной обработке может быть продольная подача , когда резец перемещается в направлении, параллельном оси заготовки (см. рис. 16); поперечная подача , когда резец перемещается в направлении, перпендикулярном оси заготовки (см. рис. 17), и наклонная подача - под углом к оси заготовки (например, при точении конической поверхности).

Различают подачу за один оборот заготовки, т. е. величину относительного перемещения резца за время одного оборота заготовки (из положения I резец переместился в положение II, рис. 16), и минутную подачу , т. е. величину относительного перемещения резца за 1 мин. Минутная подача обозначается S м (мм/мин), а подача за одни оборот - s (мм/об). Между ними существует следующая зависимость.

5. Приемы нарезания резьбы резцами. Винтовую канаеку прорезают за несколько черновых и чистовых проходов. В конце каждою прохода поперечным движением па себн резец быстро выводят из канавки и обратным ходом станка возвращают суппорт в исходное положение.

Подачу резца па глубину резания можно выполнять различными способами.

При черновых проходах, когда срезается относительно толстая и жесткая стружка, канавку следует прорезать так, чтобы резец резал только одной режущей кромкой, В против но м случае стружки, срезаемые обеими кромками, сталкиваются, тормозят друг друга и резание затрудняется.

Дли того чтобы резец резал одной режущей кромкой, его подают в начале каждого прохода поперечно на глубину резания и продольно. Отношение продольной подачи, выполняемой по лимбу верх них салазок, к поперечной примерно составляет: для метрических резьб"- 0,6, для дюймовых - 0,5.

Тот же результат можно получить при подаче резца параллельно одной из сторон профиля резьбы верхними салазками. Для этого их разворачивают под углом 60° к оси центров станка (для метрических резьб) или 62°30" (для дюймовых резьб). Лучше для этой цели применить односторонний резец. У которого можно заточить положительный передний угол у и тем значительно облегчить процесс резания.

При чистовых проходах, когда срезаются топкие струйки и профилю резьбы придается требуемая форма и чистота, резец углубляют в канавку только поперечной подачей, как показано на 210, г.

Возвращение суппорта в исходное положение после каждого прохода н большинстве случаев выполняется обратным ходом станка. Для сокращения потерь времени на холостые движения обратное вращение шпинделя совершается быстрее прямого. Однако при па резании длинных резьб в некоторых случаях маточную гайку можно выключать и отводить суппорт в исходное положение ручной или ускоренной механической подачей. Так можно поступать только при нарезании четных резьб, когда uiar ходового винта 5к делится без остатка на шаг нарезаемой резьбы Sv. Например, при 5Л=12 мм четными будут резьбы с шагом Sp = 0,25; 0,5; 1,5; 2; 3; 4; b; 12. В этом случае при включении маточной ганки в любом исходном положении суппорта обеспечивается попадание резца в предварительно прорезанную винтовую канавку.

Левые резьбы в отличие от правых нарезаются при движении резца от передней бабки к задней.

Вопроса н задания для повторения

I. Когда применяется нарезание ре.льб резиаш?

а. Изобразите геометрию резьбовых резцов.

3, Укажите особенности ч применение резьбовых гребенок.

4, Как выполняется установка резьбовых резцов на станке?

5, Как подготавливают поверхности заготовок под резьбу?

б. Как выполняют настройку станка на шаг при нарезании стандартных н специальных резьб?

7. Подберите сменные колеса гитары для нарезания резьб с шагом 13 мм. 21 мм, 9п на I", если шаг ходового винта мм,

8. Укажите способы прорезания винтовых канавок.

9. Когда можно выключать маточную гайку при возвращении суппорта в исходное положение?

Исходные данные:

1. Заготовка - сталь 20

2. Предел прочности стали 20 - σ = 412 МПа, твердость по Бринеллю НВ = 163 МПа

3. Диаметр заготовки D= 80мм

4. Диаметр детали (после обработки) d= 75 мм

5. Длина обрабатываемой поверхности l = 150 мм

6. Требуемая шероховатость Ra=1мкм

7. Квалитет - 7

8.Станок-1К62

При расчете режима резания необходимо:

1) выбрать тип, размеры и геометрические параметры резца;

4) провести проверку выбранного режима резания по:

а) по мощности привода шпинделя станка,

б) по прочности механизма подач,

в) по прочности державки резца и

г) по прочности пластинки твердого сплава.

5) произвести расчет времени, необходимого для выполнения операции;

6) произвести расчет необходимого количества станков;

7) провести проверку эффективности выбранного режима резания и выбранного оборудования.

1. Выбор токарного резца………………………………………………………….Стр. 3

1.1. Выбор материала режущей части резца…………………………………..стр. 3

1.2. Назначение размеров резца…………………………………………………стр. 3

1.3. Назначение геометрических параметров режущей части резца……….стр. 3

2. Назначение глубины резания…………………………………………………...стр. 3

3. Назначение величины подачи…………………………………………………..стр. 3

4. Определение скорости резания…………………………………………………стр. 4

4.1. Определение скорости резания …………………………………………….стр. 4

4.2. Определение частоты вращения шпинделя по расчетной

скорости резания………………………………………………………………….стр. 5

4.3. Уточнение частоты вращения шпинделя по паспорту станка………...стр. 5

4.4. Определение фактической скорость резания ……………………………стр. 5

5. Проверка выбранного режима резания………………………………………стр. 5

5.1. Проверка по мощности привода шпинделя станка……………………...стр. 5

5.2 Проверка по прочности механизма продольной подачи станка………..стр. 6

5.3 Проверка по прочности державки резца…………………………………...стр. 7

5.4. Проверка по прочности пластинки твердого сплава резца……………..стр. 7

6. Расчет времени выполнения операции………………………………………...стр. 7

6.1. Расчет основного времени……………………………………………………стр. 7

6.2. Расчет штучного времени……………………………………………………стр. 8

7. Расчет потребности в оборудовании……………………………………………стр. 8

8. Технико-экономическая эффективность………………………………………стр. 8

8.1. Коэффициент основного времени…………………………………………..стр. 8

Коэффициент использования станка по мощности……………………...стр. 8

9. Факторы, влияющие на режимы резания……………………………..………стр. 9

9.1. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ)………………………………..стр. 10

9.2. Вид токарной обработки……………………………………………………...стр. 11

9.3. Подача и глубина резания……………………………………………………стр.12

9.4. Сечение державки резца……………………………………………………...стр. 13

9.5. Допустимая величина износа резца…………………………………………стр. 14

9.6. Состояние поверхности обрабатываемого материала и

химический состав………………………………………………………………...стр. 14

9.7. Скорость резания и стойкость……………………………………………….стр. 14

Список литературы………………………………………………………………….стр. 16

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………...стр. 17

1. Выбор токарного резца

1.1 Выбор материала режущей части резца

Исходя из общего припуска на обработку и требований к шероховатости поверхности обработку проводим в три прохода (черновое - 1 и чистовое точение - 2). По табл.2П выбираю материал пластинки из твердого сплава:

для чернового точения - Т5К10,

для чистового точения - Т15К6.

1.2. Назначение размеров резца

Для станка 1К62 с высотой центров 200 мм размеры сечения державки резца принимаю: НхВ = 25х16 мм.

Для обработки выбираю проходной прямой отогнутый резец с пластинкой из твердого сплава, размеры которого приведены в табл.3П: резец 2102 - 0055 ГОСТ 18877-73.

1.3. Назначение геометрических параметров режущей части резца

В зависимости от материала режущей части резца и условий обработки выбираю одинаковую форму передней поверхности резцов (для чернового и чистового точения) по табл. ЗП: номер ІІ б - плоская, с отрицательной фаской. Согласно ГОСТ на токарные резцы по таблицам 5П - 7П выбираю геометрические параметры резцов: ,
,
,
,
,
,

Назначение глубины резания

Глубину резания tследует брать, равной припуску на обработку на данной операции.

,

где D– диаметр заготовки, мм;

d– диаметр после обработки, мм.

При черновом точении:

При чистовом точении:

;

Назначение величины подачи

При черновой обработке подачу выбираю по таблице 10П в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра заготовки и глубины резания в пределах 0,6-1,2 мм/об. Принимаю = 0,8 мм/об.

При чистовой обработке подачу выбираю по таблице 9П в зависимости от шероховатости поверхности и радиуса при вершине резца, который принимаю равным 1,2 мм,

Выбранные подачи уточняю по паспортным данным станка. 1К62 по приложению. Назначаю следующие подачи = 0,78 мм/об,= 0,11 мм/об.,= 0,07 мм/об.

4. Определение скорости резания

4.1. Определяю скорость резания v , м/мин. по формуле:

где - коэффициент, зависящий от условий обработки (по табл.11П для черновой обработки
= 340; для чистовой -
= 420);

Т - стойкость резца, мин (принимаем
= 30 мин);

х, у, m - показатели степени (табл. 11П);

- общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение отдельных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние определенного фактора на скорость резания.

Для резцов с пластиной из твердого сплава равно:

где
- общий поправочный коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала табл. 12П,иnнаходим по табл. 1ЗП:

- поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, по табл.14П - при черновой обработке
= 0,8, при чистовой обработке -
= 1,0;

- поправочный, коэффициент, учитывающий материал режущей части, по табл. 15П -
= 0,65;
= 1,0;

- поправочный коэффициент, учитывающий главный угол в плане резца, по табл. 16П - для φ = 45°
= 1,0;

- только для резцов из быстрорежущей стали;

- поправочный коэффициент, учитывающий вид обработки, по табл.17П
= 1,0.

Общий поправочный коэффициент для резцов (чернового и чистового) равен:

Показатели степени х, у и mпо табл.11П

для черновой обработки - (приSсв. 0,7 мм/об),

для чистовой обработки - (приSдо 0,3 мм/об).

Скорость резания, м/мин, равна:

На главную

раздел третий

Основы теории резания металлов.
Выбор режимов резания

Глава VI

Основы теории резания металлов

Основоположниками теории резания металлов были выдающиеся русские ученые И. А. Тиме (1838-1920), К. А. Зворыкин (1861-1928), Я. Г. Усачев (1873-1941) и др. Работы этих ученых, получившие мировое признание, до сих пор не утратили своей ценности. Однако в условиях отсталой царской России все эти работы не находили практического применения, так как промышленность была слабо развита.

Широкий размах наука о резании металлов получила лишь после Великой Октябрьской социалистической революции, особенно в период советских пятилеток, когда наука была поставлена на службу социалистической промышленности.

Советские ученые В. Д. Кузнецов, В. А. Кривоухов, И. М. Беспрозванный, А. М. Розенберг, М. Н. Ларин, П. П. Трудов, М. И. Клушин и др. создали отечественную школу резания металлов, отличительной особенностью которой является тесное содружество науки с производством, ученых с новаторами производства.

Большую роль в развитии науки о резании металлов сыграло движение новаторов производства. В стремлении повысить производительность труда передовики производства стали искать новые пути улучшения условий резания: они создавали новую геометрию режущего инструмента, изменяли режимы резания, осваивали новые режущие материалы. Каждое рабочее место токаря-новатора стало как бы маленькой лабораторией по исследованию процесса резания.

Широкий обмен опытом, возможный только в условиях социалистической экономики, и тесное содружество передовиков производства с наукой обеспечили бурное развитие науки о резании металлов.

1. Работа резца

Клин и его работа . Рабочая часть любого режущего инструмента представляет собой клин (рис. 44). Под действием приложенной силы острие клина врезается в металл.

Чем острее клин, т. е. чем меньше угол, образованный его сторонами, тем меньшее усилие требуется для его врезания в металл. Угол, образованный сторонами клина, называется углом заострения и обозначается греческой буквой β (бета ). Следовательно, чем меньше угол заострения β, тем легче клин проникает в металл, и, наоборот, чем больше угол заострения β, тем большую силу надо приложить для резания металла. При назначении угла заострения необходимо учитывать механические свойства обрабатываемого металла. Если резать твердый металл резцом, имеющим малый угол заострения β, то тонкое лезвие не выдержит и выкрошится либо сломается. Поэтому в зависимости от твердости обрабатываемого металла назначают соответствующий угол заострения клина.

Слой обрабатываемого металла, находящийся непосредственно перед резцом, непрерывно сжимается его передней поверхностью. Когда усилие резца превышает силы сцепления частиц металла, сжатый элемент скалывается и сдвигается передней поверхностью клина вверх. Резец, продвигаясь вперед под действием приложенной силы, будет продолжать сжимать, скалывать и сдвигать отдельные элементы, из которых образуется стружка.

Основные движения при точении . При обработке на токарных станках обрабатываемая деталь вращается, а резец получает перемещение в продольном или поперечном направлении. Вращение обрабатываемой детали называется главным движением , а перемещение резца относительно детали - движением подачи (рис. 45).

2. Основные части и элементы токарного резца

Резец состоит из двух основных частей: головки и тела (стержня) (рис. 46). Головка является рабочей (режущей) частью резца; тело служит для закрепления резца в резцедержателе.

Головка состоит из следующих элементов: передней поверхности , по которой сходит стружка, и задних поверхностей , обращенных к обрабатываемой детали. Одна из задних поверхностей, обращенная к поверхности резания, называется главной ; другая, обращенная к обработанной поверхности, - вспомогательной .

Режущие кромки получаются от пересечения передней и задних поверхностей. Различают главную и вспомогательную режущие кромки . Основную работу резания выполняет главная режущая кромка.

Пересечение главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца .

3. Поверхности обработки

На обрабатываемой детали различают три вида поверхности (рис. 47): обрабатываемую, обработанную и поверхность резания.

Обрабатываемой поверхностью называется поверхность заготовки, с которой снимается стружка.

Обработанной поверхностью называется поверхность детали, полученная после снятия стружки.

Поверхностью резания называется поверхность, образуемая на обрабатываемой детали главной режущей кромкой резца.

Необходимо также различать плоскость резания и основную плоскость.

Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку резца.

Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам резца. У токарных станков она совпадает с горизонтальной опорной поверхностью резцедержателя.

4. Углы резца и их назначение

Углы рабочей части резца сильно влияют на протекание процесса резания.

Правильно выбрав углы резца, можно значительно увеличить продолжительность его непрерывной работы до затупления (стойкость) и обработать в единицу времени (в минуту или час) большее количество деталей.

От выбора углов резца зависит также сила резания, действующая на резец, потребная мощность, качество обработанной поверхности и др. Вот почему каждый токарь должен хорошо изучить назначение каждого из углов заточки резца и уметь правильно подбирать их наивыгоднейшую величину.

Углы резца (рис. 48) можно разделить на главные углы, углы резца в плане и угол наклона главной режущей кромки.

К главным углам относятся: задний угол, передний угол и угол заострения; углы резца в плане включают главный и вспомогательный.

Главные углы резца следует измерять в главной секущей плоскости, которая перпендикулярна к плоскости резания и основной плоскости.

Рабочая часть резца представляет клин (на рис. 48 заштрихован), форма которого характеризуется углом между передней и главной задней поверхностями резца. Этот угол называется углом заострения и обозначается греческой буквой β (бета).

Задним углом α (альфа ) называется угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания.

Задний угол α служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и обрабатываемой деталью. Уменьшая трение, тем самым уменьшаем нагрев резца, который благодаря этому меньше изнашивается. Однако, если задний угол сильно увеличен, резец получается ослабленным и быстро разрушается.

Передним углом γ (гамма ) называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведенной через главную режущую кромку.

Передний угол γ играет важную роль в процессе образования стружки. С увеличением переднего угла облегчается врезание резца в металл, уменьшается деформация срезаемого слоя, улучшается сход стружки, уменьшается сила резания и расход мощности, улучшается качество обработанной поверхности. С другой стороны, чрезмерное увеличение переднего угла приводит к ослаблению режущей кромки и понижению ее прочности, к увеличению износа резца вследствие выкрашивания режущей кромки, к ухудшению отвода тепла. Поэтому при обработке твердых и хрупких металлов для повышения прочности инструмента, а также его стойкости следует применять резцы с меньшим передним углом; при обработке мягких и вязких металлов для облегчения отвода стружки следует применять резцы с большим передним углом. Практически выбор переднего угла зависит, помимо механических свойств обрабатываемого материала, от материала резца и формы передней поверхности. Рекомендуемые величины переднего угла для твердосплавных резцов приведены в табл. 1.

Углы в плане . Главным углом в плане φ (фи ) называется угол между главной режущей кромкой и направлением подачи.

Угол φ обычно выбирают в пределах 30-90° в зависимости от вида обработки, типа резца, жесткости обрабатываемой детали и резца и способа их крепления. При обработке большинства металлов проходными обдирочными резцами можно брать угол ф = 45°; при обработке тонких длинных деталей в центрах необходимо применять резцы с углом в плане 60, 75 или даже 90°, чтобы детали не прогибались и не дрожали.

Вспомогательным углом в плане φ 1 называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи.

Углом λ (ламбда ) наклона главной режущей кромки (рис. 49) называется угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости.

Таблица 1

Рекомендуемые величины переднего и заднего углов для твердосплавных резцов
Примечание . Механические свойства металлов определяют на специальных машинах и приборах, причем каждому свойству дается свое обозначение. Приведенное в этой и в последующих таблицах обозначение σ b выражает предел прочности металла при растяжении; величина этого предела измеряется кг/мм 2 . Буквами НВ обозначают твердость металла, которую определяют на приборе Бринелля вдавливанием стального закаленного шарика в поверхность металла. Величина твердости измеряется в кг/мм 2 .

Резцы, у которых вершина является низшей точкой режущей кромки, т. е. угол λ положительный (рис. 49, в), получаются более прочными и стойкими; такими резцами хорошо обрабатывать твердые металлы, а также прерывистые поверхности, создающие ударную нагрузку. При обработке таких поверхностей твердосплавными резцами угол наклона главной режущей кромки доводят до 20-30°. Резцы, у которых вершина - высшая точка режущей кромки, т. е. угол λ отрицательный (рис. 49, а), рекомендуется применять для обработки деталей из мягких металлов.

5. Материалы, применяемые для изготовления резцов

При работе на режущих кромках резца возникает высокое давление, а также высокая температура (600-800° и выше). Трение задней поверхности резца о поверхность резания и стружки о переднюю поверхность резца вызывает более или менее быстрый износ его рабочих поверхностей. Вследствие износа форма режущей части изменяется и резец по истечении некоторого времени становится негодным для дальнейшей работы; такой резец должен быть снят со станка и переточен. Для увеличения срока службы резца без переточки необходимо, чтобы его материал хорошо сопротивлялся износу при высокой температуре. Кроме того, материал резца должен быть достаточно прочным, чтобы без разрушения выдерживать высокие давления, возникающие при резании. Поэтому к материалу резцов предъявляются следующие основные требования - твердость при высокой температуре, хорошая износостойкость и прочность.

В настоящее время существует много удовлетворяющих этим требованиям инструментальных сталей и сплавов. К ним относятся: углеродистые инструментальные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы и керамические материалы.

Углеродистая инструментальная сталь . Для изготовления режущего инструмента применяют сталь с содержанием углерода от 0,9 до 1,4%. После закалки и отпуска режущий инструмент из этой стали приобретает высокую твердость. Однако, если в процессе резания температура режущей кромки доходит до 200-250°, твердость стали резко падает.

По этой причине углеродистая инструментальная сталь в настоящее время имеет ограниченное применение: из нее изготовляют режущие инструменты, работающие со сравнительно низкой скоростью резания, когда температура в зоне резания достигает небольшой величины. К таким инструментам относятся: плашки, развертки, метчики, напильники, шаберы и др. Резцы из углеродистой инструментальной стали в настоящее время не изготовляют.

Быстрорежщие стали . Быстрорежущие стали содержат большое количество специальных, так называемых легирующих элементов - вольфрама, хрома, ванадия и кобальта, которые придают стали высокие режущие свойства - способность сохранять твердость и износостойкость при нагреве в процессе резания до 600-700°. Резцы из быстрорежущей стали допускают в 2-3 раза большие скорости резания, чем углеродистые резцы.

В настоящее время в СССР выпускают следующие марки быстрорежущей стали (ГОСТ 9373-60): Р18, Р9, Р9Ф5, Р14Ф14, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2.

Резцы, изготовленные целиком из быстрорежущей стали, дороги, поэтому в целях экономии бысторежущей стали пользуются преимущественно резцами с наварными пластинками.

Твердые сплавы . Твердые сплавы характеризуются очень высокой твердостью и хорошей износостойкостью.

Твердые сплавы изготовляются в виде пластин из порошков вольфрама и титана, соединенных с углеродом. Соединение углерода с вольфрамом называется карбидом вольфрама , а с титаном - карбидом титана . В качестве связующего вещества к ним добавляют кобальт. Эту порошкообразную смесь прессуют под большим давлением, получая небольшие пластины, которые затем спекают при температуре около 1500°. Окончательно приготовленные пластины не требуют никакой термической обработки. Пластину припаивают медью к державке резца из углеродистой стали либо прикрепляют к ней при помощи наладок и винтов (механическое крепление пластин).

Основное преимущество твердых сплавов заключается в том, что они хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и обрабатываемой деталью и не теряют режущих свойств даже при нагреве до 900-1000°. Благодаря этим свойствам резцы, оснащенные пластинами твердых сплавов, пригодны для обработки самых твердых металлов (твердые стали, в том числе и закаленные) и неметаллических материалов (стекло, фарфор, пластмассы) при скоростях резания, превышающих в 4-6 раз и более скорости резания, допускаемые быстрорежущими резцами.

Недостаток твердых сплавов - повышенная хрупкость.

В настоящее время в СССР выпускают две группы твердых сплавов. Основные из них - вольфрамовые (ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6М, ВК6, ВК8 и ВК8М) и титано-вольфрамовые (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10). Каждая из этих групп имеет определенную область применения (табл. 2).

Все вольфрамовые сплавы предназначаются для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов, закаленных сталей, нержавеющих сталей и неметаллических материалов (эбонит, фарфор, стекло и т. п.). Для обработки сталей применяют твердые сплавы титано-вольфрамовой группы.

Керамические материалы . В последнее время советскими металлургами созданы дешевые материалы с высокими режущими свойствами, которые во многих случаях заменяют твердые сплавы. Это - керамические материалы (термокорунд ), выпускаемые в виде пластин белого цвета, напоминающих мрамор, которые, подобно твердым сплавам, либо припаиваются к державкам резцов, либо крепятся к ним механически. Эти пластины не содержат в себе таких дорогих и дефицитных элементов, как вольфрам, титан и др. Вместе с тем керамические пластины отличаются более высокой твердостью, чем твердые сплавы, и сохраняют твердость при нагреве до 1200°, что дает возможность резать ими металлы с высокими скоростями резания.

Недостатком керамических пластинок является их недостаточная вязкость. Резцы, оснащенные керамическими пластинками, можно применять при чистовой или получистовой обработке чугуна, бронзы, алюминиевых сплавов и мягких сталей.

6. Заточка и доводка резцов

На заводах заточка резцов обычно производится в централизованном порядке на заточных станках специальными рабочими. Но токарь и сам должен уметь затачивать и доводить резцы.

Таблица 2

Свойства и назначение некоторых марок твердого сплава

Заточка и доводка быстрорежущих резцов производится с соблюдением следующих правил:
1. Шлифовальный круг не должен бить, его поверхность должна быть ровной; если рабочая поверхность круга выработалась, ее следует править.
2. Во время заточки нужно пользоваться подручником, а не держать резец на весу. Подручник должен быть установлен возможно ближе к шлифовальному кругу, под требуемым углом и давать надежную опору резцу (рис. 50, а-г).
3. Затачиваемый резец нужно перемещать вдоль рабочей поверхности круга, иначе он будет неравномерно изнашиваться.
4. Чтобы не перегревать резец и тем самым избежать появления в нем трещин, не следует сильно прижимать резец к кругу.
5. Заточку нужно вести при непрерывном и обильном охлаждении резца водой. Капельное охлаждение, а также периодическое погружение сильно нагретого резца в воду не допускается. Если непрерывное охлаждение обеспечить невозможно, лучше перейти на сухую заточку.
6. Заточку резцов из быстрорежущей стали следует производить с помощью электрокорундовых кругов средней твердости и зернистостью 25-16.
Порядок заточки резцов устанавливается следующий. Сначала затачивают главную заднюю поверхность (рис. 50, а). Затем вспомогательную заднюю поверхность (рис. 50, б), после чего переднюю поверхность (рис. 50, в) и, наконец, радиус закругления вершины (рис. 50, г).
7. Категорически воспрещается производить заточку резцов на станках, у которых снят защитный кожух.
8. Во время заточки надо обязательно надевать предохранительные очки.

После заточки резца на его режущих кромках остаются мелкие зазубрины, заусенцы и риски. Их устраняют доводкой на специальных доводочных станках. Доводку производят также и вручную при помощи мелкозернистого оселка, смачиваемого минеральным маслом. Сначала легкими движениями оселка доводят задние поверхности, а затем переднюю и радиус закругления вершины.

Заточка и доводка резцов, оснащенных пластинками твердых сплавов . Заточку резцов с пластинками твердых сплавов производят на заточных станках кругами из зеленого карбида кремния. Заточку производят как вручную (рис. 50, а-г), так и с закреплением резцов в резцедержателях. Порядок заточки этих резцов такой же, как и резцов из быстрорежущей стали, т. е. сначала затачивают резец по главной задней (рис. 50, а), затем по вспомогательной задней поверхностям (рис. 50, б), после чего по передней поверхности (рис. 50, в) и, наконец, закругляют вершину резца (рис. 50, г).

Предварительную заточку производят кругами из зеленого карбида кремния зернистостью 50-40, а окончательную - зернистостью 25-16.

Резец не следует сильно прижимать к рабочей поверхности круга во избежание перегрева и растрескивания пластинки твердого сплава. Кроме того, его нужно все время передвигать относительно круга; это необходимо для равномерного износа круга.

Заточку можно вести как всухую, так и с обильным охлаждением резца водой.

После заточки твердосплавного резца надо обязательно доводить его поверхности. Доводку производят вручную или на доводочном станке. Вручную доводку производят с помощью чугунного или медного притира, рабочую поверхность которого натирают специальной пастой или наносят на поверхность равномерным слоем порошок карбида бора, смешанный с машинным маслом или керосином. Доводку производят на ширину 2-4 мм от режущей кромки.

Более производительна доводка на специальном доводочном станке при помощи чугунного диска диаметром 250-300 мм, вращающегося со скоростью 1,5-2 м/сек; на поверхность этого диска наносят пасту или же порошок карбида бора, смешанный с машинным маслом или керосином.

7. Образование стружки

Виды стружки. Отделяемая стружка под действием давления резца сильно изменяет свою форму или, как говорят, деформируется: она укорачивается по длине и увеличивается по толщине. Указанное явление впервые было обнаружено проф. И. А. Тиме и названо усадкой стружки .

Внешний вид стружки зависит от механических свойств металла и тех условий, при которых происходит резание. Если обрабатываются вязкие металлы (свинец, олово, медь, мягкая сталь, алюминий и др.), то отдельные элементы стружки, плотно сцепляясь друг с другом, образуют непрерывную стружку, завивающуюся в ленту (рис. 51, а). Такая стружка называется сливной . При обработке менее вязких металлов, например твердой стали, стружка образуется из отдельных элементов (рис. 51, б), слабо связанных друг с другом. Такая стружка называется стружкой скалывания .

Если обрабатываемый металл хрупок, как, например, чугун или бронза, то отдельные элементы стружки надламываются и отделяются от обрабатываемой детали и друг от друга (рис. 51, в). Такая стружка, состоящая из отдельных чешуек неправильной формы, называется стружкой надлома .

Рассмотренные виды стружки не остаются постоянными, они могут изменяться с изменением условий резания. Чем мягче обрабатываемый металл и чем меньше толщина стружки и угол резания, тем больше форма стружки приближается к сливной. Это же будет наблюдаться при увеличении скорости резания и применении охлаждения. С уменьшением скорости резания вместо сливной стружки получается стружка скалывания.

Нарост . Если осмотреть переднюю поверхность резца, которым производилось резание, то у режущей кромки иногда можно обнаружить небольшой комочек металла, приварившийся к резцу под действием высокой температуры и давления. Это - так называемый нарост (рис. 52). Он появляется при определенных условиях резания вязких металлов, но не наблюдается при обработке хрупких металлов. Твердость нароста в 2,5-3 раза выше твердости обрабатываемого металла; благодаря этому нарост сам обладает способностью резать тот металл, из которого он образовался.

Положительная роль нароста в том, что он прикрывает режущее лезвие, защищая его от износа сходящей стружкой и действия тепла, и этим несколько повышает стойкость резца. Наличие нароста полезно при обдирке, так как режущее лезвие меньше нагревается и износ его уменьшается. Однако с образованием нароста ухудшаются точность и чистота обработанной поверхности, так как нарост искажает форму лезвия. Стало быть, образование нароста невыгодно при чистовых работах.

8. Понятие об элементах режима резания

Чтобы в каждом отдельном случае более производительно выполнять обработку, токарь должен знать основные элементы режима резания; этими элементами являются глубина резания, подача и скорость резания.

Глубиной резания называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно последней. Глубина резания обозначается буквой t и измеряется в миллиметрах (рис. 53).

При обтачивании заготовки на токарном станке припуск на обработку срезается за один или несколько проходов.

Чтобы определить глубину резания t, надо измерить диаметр обрабатываемой детали до и после прохода резца, половина разности диаметров даст глубину резания, иначе говоря,

где D - диаметр детали в мм до прохода резца; d - диаметр детали в мм после прохода резца. Перемещение резца за один оборот обрабатываемой детали (рис. 53) называется подачей . Подача обозначается буквой s и намеряется в миллиметрах за один оборот детали; для краткости принято писать мм/об. В зависимости от направления, по которому перемещается резец относительно направляющих станины, различают:
а) продольную подачу - вдоль направляющих станины;
б) поперечную подачу - перпендикулярно к направляющим станины;
в) наклонную подачу - под углом к направляющим станины (например, при обтачивании конической поверхности).

Площадь поперечного сечения среза обозначают буквой f (эф) и определяют как произведение глубины резания на подачу (см. рис. 53):

Кроме глубины резания и подачи, различают еще ширину и толщину срезаемого слоя (рис. 53).

Ширина срезаемого слоя , или ширина стружки , - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. Измеряется она в миллиметрах и обозначается буквой b (бэ).

Толщина срезаемого слоя , или толщина стружки , - расстояние между двумя последовательными положениями режущей кромки за один оборот детали, измеряемое перпендикулярно к ширине стружки. Толщина стружки измеряется в миллиметрах и обозначается буквой а.

При одной и той же подаче и глубине резания с уменьшением главного угла в плане φ толщина стружки уменьшается, а ширина ее увеличивается. Это улучшает отвод тепла от режущей кромки и повышает стойкость резца, что в свою очередь позволяет значительно повысить скорость резания и обработать в единицу времени большее количество деталей. Однако уменьшение главного, угла в плане φ приводит к увеличению радиальной (отталкивающей) силы, что при обработке недостаточно жестких деталей может вызвать прогибание их, потерю точности, а также сильные вибрации. Появление вибраций в свою очередь приводит к ухудшению чистоты обработанной поверхности и часто вызывает выкрашивание режущей кромки резца.

Скорость резания . При обработке на токарном станке точка А, находящаяся на окружности диаметра D (рис. 54), за один оборот детали проходит путь, равный длине этой окружности.

Длина всякой окружности приблизительно в 3,14 раза больше ее диаметра, следовательно, она равна 3,14 D.
Число 3,14, показывающее, во сколько раз длила окружности больше ее диаметра, принято обозначать греческой буквой π (пи).

Точка А за один оборот совершит путь, равный πD. Диаметр D детали, как и длину ее окружности πD, измеряют в миллиметрах.

Допустим, что обрабатываемая деталь сделает несколько оборотов в минуту. Обозначим число их буквой n оборотов в минуту или сокращенно об/мин. Путь, который пройдет при этом точка А, будет равен произведению длины окружности на число оборотов в минуту, т. е. πDn миллиметров в минуту или сокращенно мм/мин, и называется окружной скоростью .

Путь, проходимый точкой обрабатываемой поверхности при обтачивании относительно режущей кромки резца в одну минуту называется скоростью резания .

Так как диаметр детали обычно выражен в миллиметрах, то для определения скорости резания в метрах в минуту нужно произведение πDn разделить на 1000. Это можно записать в виде следующей формулы:

где v - скорость резания в м/мин;
D - диаметр обрабатываемой детали в мм;
n - число оборотов детали в минуту.

Пример 3. Обрабатываемый валик диаметром D = 100 = 150 об/мин. Определить скорость резания.
Решение: Подсчет числа оборотов шпинделя . Токарю при обработке детали известного диаметра бывает необходимо настроить станок на такое число оборотов шпинделя, чтобы получить требуемую скорость резания. Для этого служит следующая формула: где D - диаметр обрабатываемой детали в мм;

Пример 4. Какое число оборотов а минуту должен иметь валик диаметром D = 50 мм при скорости резания v = 25 м/мин?
Решение:

9. Основные сведения о силах, действующих на резец, и о мощности резания

Силы, действующие на резец . При снятии стружки с обрабатываемой детали резцу необходимо преодолеть силу сцепления частиц металла между собой. Когда режущая кромка резца врезается в обрабатываемый материал и происходит отделение стружки, резец испытывает давление со стороны отделяемого металла (рис. 55).

Сверху вниз на резец давит сила Р z , которая стремится отжать резец вниз и изогнуть деталь вверх. Эта сила называется силой резания .

В горизонтальной плоскости в направлении, противоположном движению подачи, на резец давит сила Р х, называемая осевой силой , или силой подачи . Эта сила при продольном точении стремится отжать резец в сторону задней бабки.

В горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению подачи на резец давит сила Р y , которая называется радиальной силой. Эта сила стремится оттолкнуть резец от обрабатываемой детали и изогнуть его в горизонтальном направлении.

Все перечисленные силы измеряются в килограммах.

Самой большой из трех сил является вертикальная сила резания: она примерно в 4 раза больше силы подачи и в 2,5 раза больше радиальной силы. Сила резания нагружает детали механизма передней бабки; она нагружает также резец, деталь, вызывая в них часто большие напряжения.

Опытами установлено, что сила резания зависит от свойств обрабатываемого материала, размера и формы сечения снимаемой стружки, формы резца, скорости резания и охлаждения.

Для характеристики сопротивляемости различных материалов резанию установлено понятие коэффициента резания. Коэффициентом резания К называется давление резания в килограммах, приходящееся на квадратный миллиметр сечения среза, измеренное при определенных условиях резания:

Глубина резания t.............5 мм
Подача s......................1 мм/об
Передний угол γ..................15°
Главный угол в плане φ.......45°
Режущая кромка резца - прямолинейная, горизонтальная
Вершина резца закруглена радиусом r = 1 мм
Работа производится без охлаждения

В табл. 3 приведены средние значения коэффициента резания для некоторых металлов.

Таблица 3

Средние значения коэффициента резания К при точении

Если известен коэффициент резания К, то, умножив его на площадь поперечного сечения среза f в мм 2 , можно найти приблизительную величину силы резания по формуле

Р z = Kf кг. (8)

Пример 5. На токарном станке обтачивается вал из машиноподелочной стали с σ b = 60 кг/мм 2 . Определить силу резания, если глубина резания t = 5 мм, а подача s = 0,5 мм/об.
Решение. По формуле (8) сила резания Р z = Kf кг. (8) Определяем величину f: f = ts = 5x0,5 = 2,5 мм 2 . По табл. 3 находим значение К для машиноподелочной стали с σ b = 60 кг/мм 2: K = 160 кг/мм 2 . Следовательно, z = Kf = 160x2,5 = 400 кг. Мощность резания . Зная силу резания и скорость резания, можно узнать, какая требуется мощность для срезания стружки данного сечения.
Мощность резания определяется по формуле (9) где N peз - мощность резания в л.с.;
Р z - сила резания в кг;
v - скорость резания в м/мин.

Мощность электродвигателя станка должна быть несколько больше мощности резания, так как часть мощности электродвигателя затрачивается на преодоление трения в механизмах, передающих движение от электродвигателя к шпинделю станка.

Пример 6. Определить мощность резания для обтачивания вала, рассмотренного в предыдущем примере, если обработка ведется со скоростью резания, υ = 60 м/мин. Решение . По формуле (9) мощность резания

Мощность резания обычно выражается не в лошадиных силах, а в киловаттах (квт). Киловатт в 1,36 раза больше лошадиной силы, поэтому для того, чтобы выразить мощность в киловаттах, нужно разделить мощность в лошадиных силах на 1,36:

и, наоборот,

10. Теплота резания и стойкость резца

С увеличением силы резания возрастает сила трения, вследствие чего увеличивается количество тепла, выделяющегося в процессе резания. Тепло резания возрастает еще в большей степени при увеличении скорости резания, так как при этом ускоряется весь, процесс образования стружки.

Выделяющееся тепло резания при недостаточном отводе его размягчает резец, вследствие чего износ его режущей части происходит интенсивнее. Это вызывает необходимость менять резец или затачивать его и вновь устанавливать.

Время непрерывной работы резца до затупления носит название стойкости резца (измеряется в минутах). Частая смена резца (малая стойкость) вызывает дополнительные затраты на затачивание и установку резца, а также на восполнение изношенных резцов.

Следовательно, стойкость резца является важным фактором при выборе режимов резания, в особенности при выборе скорости резания.

Стойкость резца зависит в первую очередь от качеств материала, из которого он изготовлен. Наиболее стойким будет резец, который изготовлен из материала, допускающего наиболее высокую температуру нагрева без значительной потери твердости. Наибольшей стойкостью обладают резцы, оснащенные пластинками твердого сплава, минералокерамическими пластинками; значительно меньшей стойкостью - резцы из быстрорежущей стали, наименьшей - резцы из углеродистой инструментальной стали.

Стойкость резца зависит также от свойств обрабатываемого материала, сечения среза, углов заточки резца, скорости резания. Увеличение твердости обрабатываемого материала понижает стойкость резца.

Изменяя углы заточки и форму передней поверхности, можно добиться значительного повышения стойкости резцов и их производительности.

Особенно сильно влияет на стойкость резца скорость резания. Иногда даже самое незначительное увеличение скорости приводит к быстрому затуплению резца. Например, если при обработке стали быстрорежущим резцом повысить скорость резания всего на 10%, т. е. в 1,1 раза, резец затупится вдвое быстрее и наоборот.

С увеличением площади поперечного сечения среза стойкость резца понижается, но не так сильно, как при таком же увеличении скорости резания.

Стойкость резца зависит также от размеров резца, формы сечения среза и охлаждения. Чем массивнее резец, тем лучше отводит он тепло от режущей кромки и, следовательно, тем больше его стойкость.

Опыты показывают, что при одном и том же сечении среза большая глубина резания и меньшая подача обеспечивают большую стойкость резца, чем меньшая глубина резания при соответственно большей подаче. Объясняется это тем, что при большей глубине резания стружка соприкасается с большей длиной режущей кромки, поэтому лучше отводится тепло резания. Вот почему при одном и том же сечении среза выгоднее работать с большей глубиной, чем с большей подачей.

Стойкость резца значительно возрастает при его охлаждении.

Охлаждающая жидкость должна подаваться обильно (эмульсия 10-12 л/мин, масло и сульфофрезол 3-4 л/мин); небольшое количество жидкости не только не приносит пользы, но даже портит резец, вызывая появление на его поверхности мелких трещин, ведущих к выкрашиванию.

11. Выбор скорости резания

От выбора скорости резания зависит производительность труда: чем с большей скоростью резания производится обработка, тем меньше время, затрачиваемое на обработку. Однако с увеличением скорости резания уменьшается стойкость резца, поэтому на выбор с корости резания влияют стойкость резца и все факторы, от которых зависит стойкость резца. Из них наиболее важными являются свойства обрабатываемого материала, качество материала резца, глубина резания, подача, размеры резца и углы заточки, охлаждение.

1. Чем больше должна быть стойкость резца, тем меньше должна быть выбрана скорость резания и наоборот.

2. Чем тверже обрабатываемый материал, тем меньше стойкость резца, следовательно, для обеспечения необходимой стойкости при обработке твердых материалов скорость резания приходится уменьшать. При обработке литых и кованых заготовок, на поверхности которых имеется твердая корка, раковины или окалина, необходимо уменьшать скорость резания против той, какая возможна при обработке материалов без корки.

3. От свойств материала резца зависит его стойкость, следовательно, от этих же свойств зависит и выбор скорости резания. При прочих равных условиях резцы из быстрорежущей стали допускают значительно большую скорость резания, чем резцы из углеродистой стали; еще большую скорость резания допускают резцы, оснащенные твердыми сплавами.

4. В целях повышения стойкости резца при обработке вязких металлов выгодно применять охлаждение резцов. В этом случае при одной и той же стойкости инструмента удается повысить скорость резания на 15-25% по сравнению с обработкой без охлаждения.

5. Размеры резца и углы его заточки также влияют на допускаемую скорость резания: чем массивнее резец, особенно его головка, тем лучше он отводит образующееся при резании тепло. Неправильно выбранные, не соответствующие обрабатываемому материалу углы резца увеличивают усилие резания и способствуют более быстрому износу резца.

6. С увеличением сечения среза стойкость резца понижается, следовательно, при большем сечении нужно выбирать скорость резания меньшую, чем при меньшем сечении.

Так как при чистовой обработке снимается стружка небольшого сечения, то скорость резания при чистовой обработке может быть значительно большей, чем при черновой обработке.

Так как увеличение сечения среза меньше влияет на стойкость резца, чем увеличение скорости резания, то выгодно увеличивать сечение среза за счет некоторого снижения скорости резания. На этом принципе основан метод обработки токаря-новатора Куйбышевского станкостроительного завода В. Колесова. Работая на скорости резания 150 м/мин, т. Колесов производит чистовую обработку стальных деталей с подачей до 3 мм/об вместо 0,3 мм/об, а эта приводит к уменьшению машинного времени в 8-10 раз.

Возникает вопрос: почему же передовые токари, часто повышают производительность труда за счет увеличения скорости резания? Не противоречит ли это основным законам резания? Нет, не противоречит. Они повышают скорость резания только в тех случаях, когда полностью использованы возможности увеличить сечение среза.

Когда производится получистовая или чистовая обработка, где глубина резания ограничена малым припуском на обработку, а подача ограничивается требованиями высокой чистоты обработки, увеличение режима резания возможно за счет увеличения скорости резания. Это и делают передовые токари, работающие на получистовой и чистовой обработке. Если же имеется возможность работать с большими сечениями среза (при больших припусках), то в первую очередь следует выбрать возможно большую глубину резания, затем - возможно большую технологически допустимую подачу и, наконец, - соответствующую им скорость резания.

В тех случаях, когда припуск на обработку мал и нет особых требований к чистоте поверхности, повышать режим резания следует за счет применения возможно большей подачи.

12. Чистота обработанной поверхности

При обработке резцом на обработанной поверхности детали всегда остаются неровности в виде впадин и гребешков, даже при самой тщательной отделке. Высота неровностей зависит от способа обработки.

Практикой установлено, что чем чище обработана поверхность детали, тем меньше она подвергается износу и коррозии, а деталь получается прочнее.

Тщательная отделка поверхности при обработке детали всегда дороже, чем грубая обработка поверхности. Поэтому чистота обработанной поверхности должна назначаться в зависимости от условий работы детали.

Обозначение чистоты поверхности на чертежах . По ГОСТ 2789-59 предусмотрено 14 классов чистоты поверхности. Для обозначения всех классов чистоты устанавливается один знак - равносторонний треугольник , рядом с которым указывается номер класса (например, 7; 8; 14). Самые чистые поверхности оцениваются по 14-му классу, а самые грубые - по 1-му.

Шероховатость поверхности по ГОСТ 2789-59 определяется одним из двух параметров: а) средним арифметическим отклонением профиля R a и б) высотой неровностей R z .

Для измерения шероховатости и отнесения обработанной поверхности к тому или иному классу применяются специальные измерительные приборы, основанные на методе ощупывания профиля поверхности тонкой алмазной иглой. Такие приборы называются профилометрами и профилографами.

Для определения шероховатости и отнесения обработанной поверхности к тому или иному классу чистоты в цеховых условиях применяют проверенные образцы различных классов чистоты - так называемые эталоны чистоты, с которыми сравнивают обработанную поверхность детали.

Факторы, влияющие на чистоту обработанной поверхности . Практикой установлено, что чистота обработанной поверхности зависит от ряда причин: обрабатываемого материала, материала резца, углов заточки и состояния режущих кромок резца, подачи и скорости резания, смазывающе-охлаждающих свойств жидкости, жесткости системы станок - резец - деталь и пр.

Особо важное значение для получения поверхности высокого качества при точении имеет скорость резания, подача, углы в плане и радиус закругления вершины резца. Чем меньше подача и главный угол в плане и чем больше радиус закругления вершины, тем чище получается обработанная поверхность. Скорость резания сильно влияет на чистоту поверхности. При точении стали со скоростью резания более 100 м/мин обработанная поверх-.ность получается чище, чем со скоростью 25-30 м/мин.

Для получения более чистой обработанной поверхности следует обращать внимание на тщательную заточку и доводку режущих кромок.

Контрольные вопросы 1. Какой формы образуется стружка при обработке вязких металлов? При обработке хрупких металлов?
2. Назовите основные элементы головки резца.
3. Покажите на резце переднюю и заднюю поверхности; передний и задний углы; угол заострения.
4. Какое назначение имеют передний и задний углы резца?
5. Покажите углы в плане и угол наклона главной режущей кромки.
6. Из каких материалов изготовляют резцы?
7. Какие марки твердых сплавов применяют при обработке стали? При обработке чугуна?
8. Перечислите элементы режима резания.
9. Какие силы действуют на резец?
10. Какие факторы и как влияют на величину силы резания?
11. От чего зависит стойкость резца?
12. Какие факторы влияют на выбор скорости резания?

Понятие о припуске на обработку. Детали машин, обрабатываемые на металлорежущих станках, изготавливаются из отливок, поковок, кусков прокатанного металла и других заготовок. Деталь получает требуемые форму и размеры после того, как с заготовки будут срезаны все излишки материала или, как говорят припуски, получившиеся при ее изготовлении.

Припуском (общим) называется слой металла, который необходимо удалить с заготовки для получения детали с окончательно отработанном виде.

Некоторые детали обрабатываются последовательно на нескольких станках, на каждом из которых снимается только часть общего припуска. Так, например, детали, диаметральные размеры которых должны быть очень точными, а поверхности иметь весьма малую шероховатость, обрабатывают предварительно на токарных, а окончательно на шлифовальных станках.

Слой металла, снимаемый на токарном станке, называется припуском на токарную обработку . При обработке цилиндрических деталей различают - припуск на сторону и припуск на диаметр. Припуск на диаметр равен удвоенной величине припуска на сторону. Он может определяться как разность диаметров в одном и том же сечении до и после обработки.

Часть металла, снятая (срезанная) с заготовки в процессе ее обработки, называется стружкой .

Клин как основа любого режущего инструмента. Режущие инструменты, применяемые при обработке деталей на станках, в частности токарных, очень разнообразны, но сущность работы их одинакова. Каждый из этих инструментов является клином, устройство и работа которого общеизвестны.

Нож посредством которого мы затачиваем карандаш, в поперечном сечении имеет форму клина. Столярная стамеска также представляет собой клин с острым углом между его боковыми сторонами.

Наиболее употребительный инструмент при обработки детали на токарном станке - это резец. Сечение рабочей части резца также имеет форму клина.

Рис. №1 Клин как основа любого режущего инструмента

Движения резания при точении. На рис.2 схематически показано обтачивание детали 1 резцом 2. Деталь при этом вращается по стрелке υ , а резец перемещается по стрелке s и снимает с детали стружку. Первое из этих движений является главным . Оно характеризуется скоростью резания. Второе движение - движение подачи .

Рис. №2 Движения и элементы резания при точении

Скорость резания. Каждая точка обрабатываемой по поверхности детали (рис.2), например точка А, проходит в единицу времени, например в одну минуту, некоторый путь. Длина этого пути может быть больше или меньше в зависимости от числа оборотов в минуту детали и от ее диаметра и определяет собой скорость резания.

Скорость резания называется длина пути, который проходит в одну минуту точка обрабатываемой поверхности детали относительно режущей кромки резца. Скорость резания измеряется в метрах в минуту и обозначается буквой υ . Для краткости вместо слов "метров в минуту" принять писать м / мин.

Скорость резания при точении находится по формуле

υ = πDn / 1000

где υ - искомая скорость резания в м / мин; π - отношение длины окружности к ее диаметру, равное 3,14; D - диаметр обрабатываемой поверхности детали в мм.; n - число оборотов детали в минуту. Произведение πDn в формуле должно быть разделено на1000, чтобы найденная скорость резания была выражена в метрах. Формула эта читается так: скорость резания равна произведению длины окружности обрабатываемой детали на число оборотов ее в минуту, разделенному на1000.
Подача. Перемещение резца при резании в зависимости от условий работы может происходить быстрее или медленнее и характеризуется, как это отмечено выше, подачей.
Подачей называется величина перемещения резца за один оборот обрабатываемой детали. Подача измеряется в миллиметрах на один оборот детали и обозначается буквой s (мм/об).
Подача называется продольной , если перемещение резца происходит параллельно оси обрабатываемой детали, и поперечной , когда резец перемещается перпендикулярно к этой оси.
Глубина резания. При перемещении резец снимает с детали слой материала, толщина которого характеризуется глубиной резания.
Глубиной резания называется толщина снимаемого слоя материала, измеренная по перпендикуляру к обработанной поверхности детали. Глубина резания измеряется с миллиметрах и обозначается буквой t . Глубиной резания при наружном обтачивании является половина разности диаметров обрабатываемой детали до и после прохода резца. Таким образом, если диаметр детали до обтачивания был 100мм., а после одного прохода резца стал равен 90мм., то это значит что глубина резания была 5мм.
Срез, его толщина, ширина и площадь. В следствии остаточной деформации стружки, происходящей в процессе ее образования, ширена и особенно толщина ее получаются больше размеров b и a на рис. 2. Длина стружки оказывается меньше соответственного размера обрабатываемого участка поверхности детали. Поэтому площадь ƒ, заштрихованная на рис. 2 и называемая срезом, не отражает поперечного сечения стружки, снимаемой в этом случае.
Срезом называется поперечное сечение слоя металла, снимаемого при данной глубине резания и подаче. Размеры среза характеризуются его толщиной и шириной.
Толщиной среза называется расстояние между крайними точками работающей части режущей кромки резца. Ширина среза измеряется в миллиметрах (мм) и обозначается буквой b . Четырехугольник, заштрихованный на рис. 2, изображает площадь среза.
Площадь среза равна произведению подачи на глубину резания. Площадь среза измеряется в мм² , обозначается буквой ƒ и определяется по формуле ƒ= s t , где ƒ - глубина резания в мм.
Поверхности и плоскости в процессе резания. На обрабатываемой детали при снятии с нее стружки резцом различают поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность резания (рис. 3).

Рис. 3. Поверхность и плоскость в процессе резания

Обрабатываемой поверхностью называется та поверхность, с которой снимается стружка.
Обработанной поверхностью называется поверхность детали, полученная после снятия стружки.

Поверхностью резания называется поверхность, образуемая на обрабатываемой детали непосредственно режущей кромкой резца.

Для определения углов резца установлены понятия: плоскость резания и основная плоскость.

Плоскость резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку резца.

Основной поверхностью называется плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам. Она совпадает с опорной поверхностью резца.

Части резца и элементы его головки. Резец (рис. 4) состоит из головки, т.е. рабочей части, и тела, служащего для закрепления резца.

Рис. 4. Части резца и элементы его головки.

Поверхностям и другим элементам головки резца присвоены следующие названия.
Передней поверхностью резца называется та поверхность, по которой сходит стружка.
Задними поверхностями резца называются поверхности, обращенные к обрабатываемой детали, причем одна из них называется главной, а другая вспомогательной.
Режущими кромками резца называются линии, образованные пересечением передней и задних поверхностей его. Режущая кромка, выполняющая основную работу резания, называется главной. Другая режущая кромка резца называется вспомогательной.
Из рис. 4 видно, что главной задней поверхностью резца является поверхность, примыкающая к его главной режущей кромке, а вспомогательной - примыкающая к вспомогательной режущей кромке.
Вершиной резца называется место сопряжения главной и вспомогательной кромкой. Вершина резца может быть острой, плоскосрезанной или закругленной.
Углы резца. Главными углами резца являются главный задний угол, передний угол, угол заострения и угол резания. Эти углы измеряются в главной секущей плоскости (рис. 5).
Главная секущая плоскость есть плоскость, перпендикулярная к главной режущей кромке и основной плоскости.
Главным задним углом называется угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Этот угол обозначается греческой буквой α (альфа). Угол заострения называется угол между передней и главной задней поверхностями резца. Этот угол обозначатся греческой буквой β (бета).
Передним углом называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, проведенной через главную режущую кромку перпендикулярно к плоскости резания. Этот угол обозначается буквой γ (гамма).
Угол резания называется между передней поверхностью резца и плоскостью резания. Этот угол обозначается греческой буквой δ(дельта)>

.

Рис. 5. Углы токарного резца.

Кроме перечисленных, различают следующие углы резца: вспомогательный задний угол, главный угол в плане, вспомогательный угол в плане, угол при вершине резца и угол наклона главной режущей кромки.
Вспомогательным задним углом называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Этот угол измеряется во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной к вспомогательной режущей кромке, и основной плоскости и обозначается α¹ .
Главным углом в плане называется угол между главной режущей кромкой и направлением подачи. Этот угол обозначается буквой φ (фи).
Вспомогательным углом в плане называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи. Этот угол обозначается φ ¹ .
Углом при вершине называется угол, образованный пересечением главной и вспомогательной режущих кромок. Этот угол обозначается греческой буквой ε (ипсилон).
Упрощенное изображение углов резца, принятое на практике, указано на рис. 6, а и б (линия АА - плоскость резания). На рис. 6, в показаны углы резца в плане.
Главная режущая кромка резца может составлять различные углы наклона с линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости (рис. 7).

Рис. 6. Упрощенное изображение углов токарного резца.

Угол наклона измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости, и обозначается греческой буквой λ (лямбда). Угол этот считается положительным (рис. 7, а), когда вершина резца является самой низкой точкой режущей кромки; равным нулю (рис. 7, б) - при главной режущей кромке, параллельной основной плоскости, и отрицательным (рис. 7, в) - когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки.

Рис. 7. Углы наклона главной режущей кромки: положительный (а), равный нулю (б) и отрицательный (в)

Значение углов резца и общие соображения при их выборе. Все перечисленные углы имеют важное значение для процесса резания и к выбору величины их следует подходить очень осторожно.
Чем больше передний угол γ резца, тем легче происходит снятие стружки. Но с увеличением этого угла (рис. 6, а) уменьшается угол заострения резца, а поэтому и прочность его.
Передний угол резца может быть вследствие этого сравнительно большим при обработке мягких материалов и, наоборот, должен быть уменьшен, если обрабатываемый материал тверд. Передний угол может быть и отрицательным (рис. 6, б), что способствует повышению прочности резца.
Из рис. 6, а ясно, что с уменьшением переднего угла резца увеличивается угол резания. Сопоставляя это со сказанным выше о зависимости переднего угла от твердости обрабатываемого материала, можно сказать, что чем тверже обрабатываемый материал, тем больше должен быть угол резания, и наоборот.
Чтобы определить величину угла резания δ, когда известен передний угол резца, достаточно, как это видно из рис. 6, а, вычесть из 90º данную величину переднего угла. Например, если передний угол резца равен 25º , угол резания его составляет 90º - 25º = 65º ; если передний угол составляет - 5º , то угол резания будет равен 90º - (-5º ) = 95º .
Задний угол резца α необходим для того, чтобы между задней поверхностью резца и поверхностью резания обрабатываемой детали не было трения. При слишком малом заднем угле это трение получается настолько значительным, что резец сильно нагревается и становится негодным для дальнейшей работы. При слишком большом заднем угле угол заострения оказывается настолько малым, что резец становится непрочным.
Величина угла заострения β определяется сама собой после того, как выбраны задний и передний углы резца. В самом деле, из рис. 6, а очевидно, что для определения угла заострения данного резца достаточно вычесть из 90º сумму заднего и переднего его углов. Так, например, если резец имеет задний угол равным 8º , а передний 25º , то угол заострения его равен 90º - (8º +25º ) = 90º -33º =57º . Это правило следует помнить, так как им иногда приходится пользоваться при измерении углов резца.
Значение главного угла в плане φ вытекает из сопоставления рис. 8, а и б, на которых схематически показаны условия работы резцов при одинаковых подачах s и глубине резания t , но при разных значениях главного угла в плане.

Рис. 8. Влияние главного угла в плане на процесс резания.

При главном угле в плане, равном 60º , сила P , возникающая в процессе резания, вызывает меньший прогиб обрабатываемой детали, чем аналогичная сила Q при угле в плане 30º . Поэтому резец с углом φ=60º более пригоден для обработки нежестких деталей (относительно небольшого диаметра при большой длине) в сравнении с резцом, имеющим угол φ=30º . С другой стороны, при угле φ=30º длина l² режущей кромки резца, непосредственно участвующая в его работе, больше соответственной длины l¹ при φ=60º . Поэтому резец, изображенный на рис. 8, б, лучше поглощает теплоту, возникающую при образовании стружки и дольше работает от одной заточки до другой.
Значение ушла наклона λ заключается в том, что выбирая положительное или отрицательное значение его, мы можем направлять отходящую стружку в ту или другую сторону, что в некоторых случаях бывает очень полезно. Если угол наклона главной режущей кромки резца положителен, то завивающаяся стружка отходит вправо (рис. 9, а); при угле наклона, равном нулю, стружка отходит в направлении, перпендикулярном главной режущей кромке (рис. 9, б); при отрицательном угле наклона стружка отходит влево (рис. 9, в).

Рис. 9. Направление схода стружки при положительном (а), равном нулю (б) и отрицательном (в) угле наклона главной режущей кромки.