Углы резца относятся к основным геометрическим параметрам его режущей части. Определение, положение и величина их меняется в зависимости от того, рассматриваются ли они в процессе резания, или же вне связи с обрабатываемой заготовкой, т. е. как у геометрического тела.

Рассмотрим углы резца, как углы геометрического тела (Рис. 1). Для удобства понимания необходимо дать определения углов резца.

Главные и вспомомгательные углы резца

Под основной плоскостью понимается плоскость, параллельная к направлениям продольной и поперечной подач.

Рисунок - Главный и вспомогательные углы в плане

φ заключается между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи.

Вспомогательный угол в плане φ1 заключается между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольной подачи.

Угол при вершине (в плане) е заключается между проекциями главной и вспомогательной кромок на основную плоскость.

Угол наклона главной режущей кромки λ , заключается между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Он измеряется и плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Угол к принимается положительным, если вершина резца является наинизшей точкой главной режущей кромки, и отрицательным, если вершина резца является наивысшей точкой главной режущей кромки, и ранен пулю, если главная режущая кромка расположена параллельно основной плоскости.

Углы φ и φ1 и ε измеряются и основной плоскости.

Передний и задний углы

Для определения переднего и заднего углов резца необходимо ввести понятия о главпой секущей плоскости, в которой подлежат измерению
эти углы. В качестве ее целесообразно принять плоскость NN, перпендикулярную к основной плоскости и к проекции, главной режущей кромки на эту плоскость.

Такая секущая плоскость мало отклоняется от плоскости, в которой происходит процесс отделения стружки при резании, и, кроме того, она упрощает измерение углов резца.

Главный задний угол α заключается между плоскостью, касательной к задней поверхности, и плоскостью, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

Главный передний угол γ заключается между плоскостью, касательной к передней поверхности, и плоскостью, проходящей через главную режущую кромку параллельно основной плоскости.

Следует еще различать вспомогательный задиий угол α 1 , измеряемый в секущей плоскости, перпендикулярной к основной плоскости и к проекции вспомогательной режущей кромки на эту плоскость. Он заключается между плоскостью, касательной к задней поверхности, и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.
Главные углы резца, передний и задний, обычно задаются в главной секущей плоскости NN. Однако при изготовлении приходится еще оперировать этими углами, расположенными в других секущих плоскостях. Например, в продольной плоскости /-/ (апр, упр), расположенной параллельно оси резца и перпендикулярно основной плоскости, и в поперечной плоскости //-// (апоп, упоп )расположенной перпендикулярно оси резца и основной плоскости.

Зависимость между углами

Определим зависимости между этими углами.

Рис. 1 Определение углов резца в различных плоскостях

На Рис. 1 представлены следующие плоскости:

DЕ FG - основная плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подачам (в данном случае совпадающая с опорной плоскостью резца и плоскостью чертежа);
АВ GF - плоскость, проходящая через режущую кромку АВ перпендикулярно к основной плоскости;
АВ GF - плоскость, представляющая заднюю плоскость при рассмотрении задних углов и переднюю плоскость при рассмотрении передних углов;
М NF - плоскость, параллельная плоскости АВ DЕ и заключающая в ней угол λ;
В DG и А EF - ограничивающие тело резца плоскости, перпендикулярные к основной плоскости и к проекции режущей кромки на эту плоскость.

Проведем через любую точку R режущей кромки три искомых плоскости:

ROК , в которой находятся углы а и у;
ROG, в которой находятся углы а пр и у пр;
ROF, и которой находятся углы а поп и у поп;

Линия GF пересечения плоскости АВ GF с основной плоскостью составляет угол ω с проекцией режущей кромки.

Рабочая часть осуществляет резание и состоит из следующих элементов.

Передняя поверхность А^- поверхность лезвия, контакти­рующая в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой. Задняя поверхность - поверхность лезвия, контактирующая в процессе резания с поверхностями заготовки. Различают глав­ную и вспомогательную задние поверхности. Главная задняя поверхность А а примыкает к главной режущей кромке. Вспо­могательная задняя поверхность А" а примыкает к вспомога­тельной режущей кромке.

Режущая кромка - кромка лезвия инструмента, образуемая пересечением его передней и задней поверхностей. Часть режу­щей кромки, формирующую большую сторону сечения срезаемого слоя, называют главной режущей кромкой К, меньшую сторону сечения срезаемого слоя - вспомогательной режущей кромкой К".

Вершина лезвия - участок режущей кромки в месте пересе­чения двух задних поверхностей. У проходного токарного резца вершиной является участок лезвия в месте пересечения главной и вспомогательной режущих кромок. Вершина может быть ост­рой, закругленной или в виде прямой линии.

Форма лезвия резца определяется конфигурацией и располо­жением его поверхностей и режущих кромок. Взаимное распо­ложение передней и задних поверхностей и режущих кромок в пространстве определяет углы резца. Углы рассматриваются как на неподвижном инструменте (статическая система коорди­нат), так и в процессе резания с учетом траектории движения точек режущих лезвий (кинематическая система координат). Для изготовления и контроля инструмента используется инст­рументальная система координат.

Рассмотрим углы резца в статике, т.е. в статической системе координат. Для определения углов резца вводятся следующие координатные плоскости (рис. 21.5).

Основная плоскость P v - координатная плоскость, проведен­ная через рассматриваемую точку режущей кромки перпенди­кулярно направлению скорости главного или результирующего движения резания в этой точке. Плоскость резания Р п - коорди­натная плоскость, касательная к поверхности резания и прохо­дящая через главную режущую кромку резца. Главная секущая плоскость Р т - координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости и плоскости резания. Рабочая плоскость Р„- плоскость, в которой расположены на­правления скоростей движения резания и движения подачи.

резца в статике

Исходя из условий, что ось резца перпендикулярна линии центров станка, а вершина резца находится на этой линии, у то­карного резца различают главные и вспомогательные углы (рис. 21.6).

Передний угол у измеряют в главной секущей плоскости Р т между передней поверхностью А 1 и основной плоскостью Р„. Он оказывает большое влияние на процесс резания. С увеличе­нием у уменьшается работа, затрачиваемая на процесс резания, улучшаются условия схода стружки и повышается качество об­работанной поверхности. Но увеличение переднего угла приводит к снижению прочности резца и ускоренному его изнашиванию вследствие выкрашивания режущей кромки и уменьшения тепло- отвода. Различают углы положительные (+у), отрицательные (-у) и равные нулю. При обработке твердых и хрупких материалов применяют небольшие передние углы, мягких и вязких мате­риалов - углы увеличивают. При обработке закаленных сталей твердосплавным инструментом или при прерывистом резании для увеличения прочности лезвия назначают отрицательные углы у. В зависимости от механических свойств обрабатываемо­го материала, материала инструмента и режимов резания углы у назначают от -10° до +20°.

Задний угол а измеряют в главной секущей плоскости Р т между задней поверхностью А а и плоскостью резания Р п. Угол а предназначен для уменьшения трения между главной задней поверхностью и поверхностью резания. Большую роль при на­значении этого угла играют упругие свойства обрабатываемого материала. Увеличение угла а ведет к уменьшению прочности резца. При обработке вязких материалов назначают большие углы а, а при обработке твердых и хрупких материалов или при большом сечении срезаемого слоя назначают меньшие углы а. Угол а может находиться в пределах 6... 12°.

Главный угол в плане<р - угол между плоскостью резания Р п и рабочей плоскостьюP s .Он оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности и продолжитель­ность работы резца до затупления. С уменьшением угла ср возрас­тают деформация заготовки и отжим резца, появляются вибра­ции, ухудшается качество обработанной поверхности. Чаще всего угол ф для токарных проходных резцов берется равным 45°, но в зависимости от конкретных условий (прежде всего от жестко­
сти детали) он может уменьшаться до 30° или увеличиваться до 90° (при обработке длинных и тонких валов).

Вспомогательный угол в плане(pj - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и ра­бочей плоскостью Р.. Угол

Угол заострения р измеряют в главной секущей плоско­стиP t ,это угол между передней и задней поверхностями резца. Между углами а, Р и у существует зависимость а+Р + у = 90°. При (а+Р)<90° угол у считают положительным, при (а+р)>90° - отрицательным.

Угол при вершине е измеряют в основной плоскости Р„ меж­ду проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость Р„.

Угол наклона главной режущей кромки X измеряют в плос­кости резания Р„, это угол между режущей кромкой и основной плоскостью Р„.

Угол X может быть отрицательным (вершина является выс­шей точкой лезвия), равным нулю (режущее лезвие параллель­но основной плоскости) и положительным (вершина является низшей точкой режущего лезвия). Он определяет направление схода стружки. Если X = 0, стружка сходит в направлении глав­ной секущей плоскости перпендикулярно главной режущей кромке. При X < 0 стружка сходит к обрабатываемой поверх­ности. При X > 0 стружка сходит к обработанной поверхности. При чистовой обработке принимать угол X положительным не рекомендуется, так как стружка может наматываться на заго­товку и царапать обработанную поверхность. Поэтому при чис­товой обработке угол X назначают отрицательным (до -5°). При черновой обработке, когда нагрузка на резец большая и качество обработанной поверхности не имеет большого значения, угол X положителен (до +5°).

На рис. 21.7, г показано изменение углов в плане <р и ф г в за­висимости от положения оси резца относительно линии центров станка. При отклонении оси резца от перпендикуляра к линии центров углы в плане будут отличаться от расчетных. Таким об­разом, установка резца на станке должна соответствовать рас­четным значениям его углов.

Головка резца имеет следующие элементы: переднюю поверхность, задние поверхности, режущие кромки и вершину.

Передней поверхностью называется поверхность резца, по которой сходит стружка.

Задними поверхностями называются поверхности резца, обращенные к обрабатываемой заготовке (главная и вспомогательная).

Режущие кромки образуются пересечением передней и задних поверхностей; их две — главная режущая кромка и вспомогательная.

Главная режущая кромка выполняет основную работу резания. Она образуется от пересечения передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромка образуется от (пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей.

Вершина резца это место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок.

Измерение углов осуществляется по отношению к основной плоскости и плоскости резания.

Основной плоскостью называется плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач. У токарных резцов с призматическим телом за эту плоскость может быть принята нижняя опорная поверхность резца.

Плоскостью резания называется плоскость, перпендикулярная к основной и проходящая через режущую кромку резца, по касательной к поверхности резания.

Рис. 15. Схема процесса резания :

а — начало резания, б—-начало образования стружки, в — процесс резания, t — глубина резания

На рис. 15, б приведены обозначения углов и некоторых поверхностей. Заостренная форма инструмента образуется передней поверхностью 1, по которой скользит стружка, и задней поверхностью 2. Угол между ними называется углом заострения β. Для уменьшения трения между задней поверхностью 2инструмента и поверхностью резания 3, эти поверхности обычно располагаются относительно друг друга под некоторым углам α, называемым задним. Этот угол принимается обычно в пределах от 0 до 16°, но в некоторых инструментах (в дисковых и прорезных фрезах) его делают до 30°.

Угол, составляемый передней поверхностью резца и плоскостью резания, в нашем случае совпадающий с поверхностью резания, называется углом резания δ (см. рис. 15). Угол, образуемый передней поверхностью инструмента и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку, называется передним углом γ. При обработке мягких материалов этот угол может быть более 20°, при обработке твердых сталей 10—15°, при обработке твердого чугуна 5°. Его делают равным нулю или даже отрицательным (при обработке прочных твердых металлов), что увеличивает угол резания δ. Увеличение угла резания повышает прочность инструмента и применяется при обработке сталей твердосплавным инструментом, когда режимы резания оказываются особенно напряженными.

Рис. 17. :

1 — обрабатываемая поверхность, 2 — поверхность резания, 3— обработанная поверхность; v— направление движения обрабатываемой детали (направление скорости резания), s 1 — поперечная подача, s — продольная подача

На рис. 17 изображен строгальный резец в работе. Стрелкой vпоказано направление движения обрабатываемой заготовки относительно резца. Это направление совпадает с направлением скорости резания. Само движение называется главным. Стрелкой s указано направление подачи. Направление подачи параллельно поверхности, которая образуется на обрабатываемой заготовке.

Условно назовем эту подачу продольной, а перемещение резца в перпендикулярном направлении по стрелке s 1 назовем подачей поперечной.

Перемещением в направлении s 1 достигается установка резца на определенную глубину резания t, а перемещением в направлении s необходимая толщина снимаемого слоя металла S.

Обрабатываемая поверхность 1 — поверхность, подлежащая обработке; поверхность резания 2 — поверхность, которая образуется непосредственно режущей кромкой резца (в данном случае она совпадает с плоскостью резания); обработанная поверхность 3 —поверхность, образованная на заготовке после снятия стружки. Рассмотрим резец, изображенный на рис. 18. Стрелкой s обозначено направление продольной (осевой) подачи резца. Угол между проекцией главной режущей кромки 4 на основную плоскость и направлением подачи, называется главным углом в плане φ. Этот угол выбирается обычно от 45 до 90°.

Рис. 18. :

1 — обработанная поверхность, 2 — вспомогательная режущая кромка, 3 — вершина резца, 4 -главная режущая кромка; φ — главный угол в плане, φ 1 — вспомогательный угол в плане, ε— угол при вершине в плане, γ — передний угол главный, γ 1 —передний угол вспомогательный, β— угол заострения главный, β 1 —угол заострения вспомогательный, α — задний угол главный, α 1 — задний угол вспомогательный, s—направление продольной подачи

Угол между проекцией вспомогательной режущей кромки 2 на основную плоскость и направлением подачи, называется вспомогательным углом в плане φ 1 Этот угол может быть по величине равным главному углу в плане, а у фрез не более 2—3°.

Угол между проекциями главной и вспомогательной кромок на основную плоскость называется углом при вершине в плане ε.

В секущей плоскости А—А, называемой также главной секущей плоскостью, по отношению к главной режущей кромке измеряются главные углы: передний γ, заострения β и задний α. В секущей плоскости Б—Б, называемой также вспомогательной секущей плоскостью, по отношению к вспомогательной режущей кромке измеряются вспомогательные углы: передний γ 1 ,заострения β 1 и задний α 1 .

Обработанная поверхность 1 имеет вид гребешков. Такая поверхность получается в результате того, что перед очередным рабочим ходом резец перемещается на величину подачи (при строгании). Одна сторона гребешка образуется главной режущей кромкой, а вторая — вспомогательной.

Чем больше гребешки, тем больше шероховатость обработанной поверхности. Шероховатость может быть уменьшена вследствие уменьшения величины подачи, а также уменьшением вспомогательного угла в плане φ 1 . В резцах, предназначенных для чистовых работ, угол φ 1 иногда делается равным нулю. Такие резцы должны точно устанавливаться относительно обрабатываемой заготовки.

В зависимости от назначения инструмента и его формы режущие кромки на нем могут занимать различное положение, но название основных элементов и их определение будут одинаковы.

Какой бы вид ни имела стружка, образование ее связано с деформацией и разрушением материала в зоне резания. Энергия, затрачиваемая на образование стружки, превращается в тепло. Наибольшую часть тепла уносит с собой стружка, так как она претерпевает значительную деформацию. При интенсивном резании металлов стружка иногда раскаляется докрасна. Стружка некоторых материалов, например магниевых сплавов, способна в процессе резания загораться.

Режущая кромка и передняя поверхность инструмента, по которой скользит стружка, также нагреваются в процессе резания.

Постоянное трение стружки о переднюю поверхность (инструмента нагревает инструмент и способствует его затуплению. При затуплении резца заготовка и резец нагреваются в большей степени. Стружка, сходя по передней поверхности резца, успевает передать ему бо`льшую часть своего тепла, поэтому инструмент, нагреваясь от трения и получая дополнительный нагрев от стружки, может перегреться и потерять свои режущие свойства.

Чтобы уменьшить нагрев и износ инструмента, применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). В зависимости от обрабатываемого материала они могут отличаться друг от друга своими смазывающими и теплоотводящими свойствами.

Чтобы процесс резания был эффективным, нужно, чтобы рабочая часть инструмента была всегда острой, его режущая кромка не была повреждена, поверхности, образующие режущую кромку инструмента, были обработаны чисто и не затрудняли отвод стружки.

На хорошо изготовленном инструменте эти поверхности должны быть доведены до зеркального блеска.

Передний угол оказывает большое влияние на виброустойчивость резца, которая резко снижается с уменьшением его величины (от нуля и ниже). Поэтому во избежание появления вибраций необходимо принимать передний угол 15-25°, причем обычно он делается равным углу врезания пластинки.

В целях обеспечения завивания стружки и благоприятного отвода ее, рекомендуется переднюю поверхность резца делать или криволинейной, или с лункой. Для упрочнения главной режущей кромки целесообразно предусмотреть ленточку шириной 0,2-0,3 мм с отрицательным передним углом -3 — 5°. Однако не следует забывать, что такая ленточка допустима только при наличии достаточно жестких условий работы резца. 15 случае, если условия жесткости не позволяют применять упрочняющую ленточку с отрицательным углом, рекомендуется делать ее с положительным углом 5° для твердых и 10° для мягких и вязких материалов.

Упрочняющая ленточка при небольшой ее ширине не оказывает влияния на величину сопротивления резанию, так как центр давления стружки выходит за границу ленточки в зону криволинейной передней поверхности, снабженной большим передним углом.

Рисунок 1 — Углы отрезного резца

В практике встречаются отрезные резцы, у которых передняя поверхность оформляется в виде двухгранного угла (рис. 1, б). Плоскости его наклонены к опорной плоскости под углом μ = 10÷15°. Линия пересечения этих плоскостей расположена параллельно опорной плоскости. Такая конструкция способствует лучшему врезанию резца в заготовку.

Задний угол

Задний угол главной режущей кромки принимается равным 8º но пластинке и 12° по державке.

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 в (бета).

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

Задний угол б 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 г (гамма ) называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведенной через главную режущую кромку.

Передний угол г 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.

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

Угол ц 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 ц 1 называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи.

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