Геометрия резца

В процессе резания главную роль играет режущая часть клина резца – лезвие. Под геометрией лезвия понимают совокупность характеристик его формы и расположения в пространстве. Лезвие 3 перемещается относительно заготовки 4 (рис. 2.2, а), образуя стружку 2. В режущей части клина резца можно выделить следующие элементы: переднюю поверхность , контактирующую со срезаемым слоем 1 и стружкой; заднюю поверхность , обращенную к формируемой в заготовке поверхности резания ; режущую кромку 5, образованную пересечением передней и задней поверхностей. В более сложных случаях полузакрытого (рис. 2.2, б) и закрытого (рис. 2.2, в) резания следует различать режущие кромки: главную АВ и вспомогательные ВС и АD. Соответственно у лезвия выделяют задние поверхности: главную, примыкающую к главной режущей кромке, и вспомогательные, примыкающие к вспомогательным режущим кромкам. Главной считается режущая кромка, формирующая большую сторону сечения срезаемого слоя. Вспомогательные режущие кромки формируют меньшие стороны. Точку пересечения главной и вспомогательной режущих кромок называют вершиной лезвия (точки А и В).

Передняя и задняя поверхности могут иметь любую форму (вогнутую, выпуклую или ломаной линии). Сопряжение режущих кромок может быть выполнено радиусным или точечным.

Положение режущих кромок и поверхностей лезвия в пространстве определяет угловые параметры процесса резания. Для определения углов установлены исходные координатные плоскости: основная плоскость и плоскость резания (рис. 2.2, а).

Основная плоскость — координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку n режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного v или результирующего движения резания в этой точке. Плоскость резания — координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости .

Дополнительными координатными плоскостями являются главная и нормальная секущие плоскости. Главная секущая плоскость — координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости и плоскости резания . Нормальная секущая плоскость — плоскость, перпендикулярная режущей кромке в рассматриваемой точке (на рис. 2.2 плоскости и совпадают).

Выделяют также рабочую плоскость , в которой расположены векторы скоростей главного движения резания v и движения подачи (показана на рис. 2.З, д).

Угловые параметры резания характеризуются главными (при главной режущей кромке) и вспомогательными (при вспомогательной режущей кромке) углами, углом наклона главной режущей кромки.

Различают следующие углы (показаны на рис. 2.2, а для главной режущей кромки): — передний угол, угол в секущей плоскости между передней поверхностью лезвия и основной плоскостью ; —задний угол, угол в секущей плоскости между задней поверхностью лезвия и плоскостью резания ; — угол заострения, угол в секущей плоскости между передней и задней поверхностями лезвия.

Сумма заднего угла и угла заострения называется углом резания : . Между главными углами существует простейшая связь:

. (2.1)

В случае, когда задняя поверхность лезвия оказывается под поверхностью резания и угол прочерчивается в пределах контура лезвия, задний угол считают отрицательным (рис. 2.2, г). Передний угол также считают отрицательным, если он прочерчивается в пределах контура лезвия (рис. 2.2, д). С учетом знаков углов и равенство справедливо во всех случаях.

Главные углы могут рассматриваться в инструментальной, статической и кинематической системах координат (ГОСТ 25762–83).

Инструментальная система координат — прямоугольная система координат с началом в вершине лезвия, ориентированная относительно геометрических элементов режущего инструмента, принятых за базу (рис. 2.3, а). Применяется для описания конструкции режущего элемента или инструмента, например, при конструировании и изготовлении.

Статическая система координат — прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости главного движения резания v. Определяет геометрию лезвия и его положение относительно заготовки без учета движения подачи (рис. 2.3, б).

Кинематическая система координат — прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости результирующего движения резания (рис. 2.3, в). Фактические величины углов в процессе резания измеряются только в кинематической системе координат.

Рассмотрим кинематические углы подробнее. На рис. 2.3, г показано лезвие, перемещающееся относительно заготовки с результирующей скоростью . Вектор совпадает с нормалью к режущей кромке (режущая кромка расположена в основной плоскости ). Плоскость XZ совпадает с главной секущей и нормальной секущей плоскостями. Проекция на них плоскости резания совпадает с осью X, а основной плоскости — с осью Z. Кинематические углы для главной режущей кромки (главные кинематические углы): — задний, — заострения, — передний (буква «н» в обозначении напоминает о том, что режущая кромка нормальна векторам и ).

Связь между кинематическими углами , , и статическими углами , , устанавливают через угол движения (рис. 2.3, г, д):

; ; ; (2.2)

, (2.3)

где — заданный схемой обработки технологический угол между векторами скоростей и .

При формула для угла упрощается: .

Иногда вектор скорости главного v или результирующего движения не совпадает с нормалью к режущей кромке, т. е. режущая кромка наклонена к основной плоскости на некоторый угол (рис. 2.3, е, ж, з; заготовка и резец показаны в плане).

Угол наклона режущей кромки следует определять как сумму статического угла наклона (рис. 2.3, е, з) и кинематического угла наклона (рис. 2.3, ж, з). Статический угол определяется положением лезвия в статической системе координат. Кинематический угол необходимо учитывать в том случае, когда результирующая скорость главного движения v определяется векторной суммой скоростей собственно главного движения и дополнительного движения вдоль режущей кромки (см. рис. 2.3, ж, з):

; (2.4)

; (2.5)

где — технологический угол между векторами скоростей и (задан схемой обработки).

При = 90° формула для угла упрощается: .

Таким образом, в общем случае, с учетом движения подачи и наклона режущей кромки к основной плоскости, кинематические углы равны:

; (2.6)

(2.7)

. (2.8)

Технолог должен знать закономерности изменения статических углов резания при работе инструмента и уметь учитывать эти изменения при разработке требований к режущему инструменту и выборе режима резания. Значения наилучших углов , , выбирают по справочной литературе. Затем по соотношениям (2.4…2.8) следует определить кинематические углы, приведенные к нормальному сечению: , , . Далее по формулам (2.2) и (2.3) установить статические углы лезвия , , . Именно эти статические углы контролируют измерением их в нормальной секущей плоскости .

Режущая кромка лезвия представляет собой переходную кривую поверхность, соединяющую переднюю и заднюю поверхности. Характеристики переходной поверхности объединяются в понятие микрогеометрии лезвия. Различают продольную (вдоль кромки) и поперечную (в нормальном сечении) микрогеометрии. Продольная микрогеометрия (рис. 2.4, а) характеризуется шероховатостью режущей кромки. Поперечная микрогеометрия характеризуется профилем лезвия в нормальном сечении. Идеальный геометрический клин был бы идеально острым (рис. 2.4, б). Кромка реального лезвия может быть принята за дугу окружности радиуса (рис. 2.4, в), который называют радиусом округления режущей кромки.

В начальном состоянии режущие элементы инструмента для резания древесины характеризуются показателями: шероховатость кромки (средняя высота наибольших неровностей профиля) 4...5 мкм, радиус округления 2...4 мкм.

Во время резания в результате сложных физико-химических процессов происходит износ лезвия, т. е. изменение геометрии и микрогеометрии его элементов. Следствием износа является затупление лезвия, т. е. потеря им остроты, режущих свойств. Затупление лезвия можно характеризовать различными параметрами. В большинстве случаев резания натуральной древесины ограничиваются величиной радиуса округления , так как этот параметр оказывает главное влияние на силы резания и стружкообразование. При резании древесных материалов с абразивным связующим, когда происходит интенсивный износ лезвия по задней поверхности, параметром затупления может служить величина износа по задней грани — ширина фаски X (рис. 2.4, г).