книги из ГПНТБ / Бобров В.Ф. Резание металлов самовращающимися резцами

В. Ф. БОБРОВ и Д. Е. ИЕРУСАЛИМСКИЙ

РЕЗАНИЕ МЕТАЛЛОВ САМОВРАЩАЮЩИМИСЯ РЕЗЦАМИ

М о с к в а

«МАШИНОСТРОЕНИЕ:

1972

Б J2

УДК 621.91Д9.025

В книге рассмотрены основные вопросы механики про­ цесса резания самовращающимися резцами. Показано,, как самовращение и принудительное перемещение режу­ щей кромки вокруг своей оси оказывают влияние на процесс стружкообразования и контактные явления на передней поверхности инструмента. Приведены причины значительного увеличения стойкости резцов с самоврашающимися резцами.

Книга предназначена для технологов и конструкто­ ров машиностроительных заводов.

Табл. 26, илл. 79, список лит. 71 назв.

Рецензент д-р техн. наук проф. Г. И. Грановский

3-12-4

81—72

ВВЕДЕНИЕ

В зависимости от причины, вызывающей перемещение инст­ румента в процессе резания, инструменты с вращающимися круглыми резцами можно разделить на две группы: инструмен­ ты с принудительным вращением режущей кромки от специаль­ ного привода и инструменты с самовращением режущей кром­ ки силами трения, возникающими между контактными поверх­ ностями резца и деталью.

Первые сведения о применении инструментов с вращающи­ мися резцами относятся ко второй половине XIX в. В 1901 г. был сконструирован чашечный резец с принудительным вра­ щением для продольного точения. Резец со статическим углом наклона режущей кромки, равным нулю, устанавливался в пло­ скости центров обрабатываемой детали и приводился во вра­ щение от ходового винта токарного станка. Изменение числа оборотов резца достигалось с помощью сменных зубчатых ко­ лес между шпинделем и ходовым винтом станка. В 1914 г. был предложен первый самовращающийся резец для продольного об­ тачивания, явившийся прототипом современных резцов. Чашеч­ ный резец, установленный относительно оси детали под отри­ цательным статическим углом наклона режущей кромки, при­ водился во вращение трением, возникающим между резцом и деталью, со скоростью ѵѵ, пропорциональной скорости реза­ ния V. При обработке деталей из низкоуглеродистой стали рез­ цом диаметром 100 мм, установленным под углом 7,=57°30', при глубине резания / = 2,48 мм и подаче s = 2,12 мм/об была достигнута скорость резания у=145 м/мин без заметного нагре­ вания стружки.

В отличие от резцов, рассмотренных выше, самовращаю­ щийся резец — «мортира» А. М. Игнатьева, предложенный в 1933 г., имел не чашечную, а трубчатую форму. Трубка из бы­ строрежущей стали, заточенная по наружной стороне под углом 45° к ее оси, вращалась на радиальных и упорных шарикопод­ шипниках в опорной гильзе. Ось трубки в плоскости, перпенди­ кулярной к оси детали, была наклонена к горизонтальной пло­ скости под углом 40°, а в горизонтальной плоскости, перпенди­ кулярной к оси детали, под углом 17°. Для безопасности рабо-

3

ты срезанная стружка отводилась от детали по внутреннему каналу трубки. Несмотря на значительное уменьшение мощно­ сти, расходуемой на резание, резец-«мортира» промышленного применения не получил из-за конструктивных недостатков. При продолжительном резании вследствие малой толщины стенки (2,5 мм) трубка сильно нагревалась. Действие сил на упорные подшипники из-за схода стружки вдоль оси трубки наряду с нагреванием подшипников и трубки вызывало неравномерное вращение, а иногда и заклинивание трубки.

В 1935 г. появился самовращающийся резец-ролик А. С. Ка­ рабанова, образованный поверхностями двух конусов, сложен­ ными большими основаниями и установленными под положи­ тельным углом наклона режущей кромки. По сравнению с рез­ цами чашечного типа, у которых передняя поверхность является внутренней конической поверхностью чашки, у резца-ролика пе­ редней поверхностью служит наружная коническая поверхность одного из усеченных конусов.

Учитывая недостатки резца-«мортиры», Л. М. Ронин в 1936 г. предложил трубчатый резец с принудительным враще­ нием от индивидуального электродвигателя. Так же, как и. в резце-«мортире», стружка отводилась в этом случае внутри рез­ ца. Конструкция суппорта, в котором укреплялась режущая трубка, позволяла устанавливать резец под различными углами относительно поверхности резания и регулировать его положе­ ние по высоте. При оптимальном соотношении между скоростя­ ми резания и вращения резца, равном единице, удалось повы­ сить скорость резания по сравнению с обычными резцами в 2 раза. Первыми исследовали процесс резания резцами А. И. Каширин и Л. М. Ронин [33]. В 1945 г. Б. Ф. Петропав­ ловский подробно исследовал работу самовращающегося токар­ ного резца с положительным углом наклона режущей кромки.

Для обработки труднообрабатываемых конструкционных ма­ териалов необходимо использовать режущие инструменты по­ вышенной стойкости. Поэтому внимание специалистов вновь при­ влекали инструменты, перемещающиеся вдоль касательной к режущей кромке. Были разработаны конструкции токарных и строгальных самовращающихся резцов, а также торцовых фрез, оснащенных самовращающимися резцами, и проведены иссле­ дования [7, 9—14, 21—30, 32, 34—39, 41—50, 54—64] работы

этих резцов.

Представляют интерес и теоретические исследования влия­ ния перемещения инструмента вдоль касательной к режущей кромке на процесс резания. Сообщение круговой режущей кром­ ке одной степени свободы делает процесс стружкообразования значительно более сложным, чем при обычном резании инстру­ ментом с углом наклона режущей кромки, не равным нулю. При этом рабочие углы инструментов значительно отличаются от углов их заточки. Для понимания тепловых явлений и ме­

4

ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИКИ СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ИНСТРУМЕНТА ВДОЛЬ КАСАТЕЛЬНОЙ

К РЕЖУЩЕЙ КРОМКЕ

Схема срезания стружки. Для понимания механики стружкообразования при работе инструментами с принудительно и самовращающейся режущей кромкой рассмотрим наиболее про­ стую схему превращения срезаемого слоя в стружку (рис. 1 и 2). Прямолинейная режущая кромка инструмента установлена относительно плоскости, нормальной к вектору скорости реза­ ния V, под статическим углом наклона кромки X. Инструменту, помимо движения со скоростью и, сообщено дополнительное движение вдоль касательной к режущей кромке со скоростью Ѵр, направленное (рис. 1) от входящей точки1 кромки р к вы­ ходящей точке q, а на рис. 2, наоборот, от выходящей точки кромки к входящей. Инструмент может перемещаться вдоль касательной к режущей кромке принудительно или самоперемещением. В результате сложения движений со скоростями ѵ и Ѵр перемещение любой точки режущей кромки по плоской по­ верхности резания происходит в направлении вектора W истин­ ной скорости резания, составляющего с вектором ѵ угол Хт.

Рассмотренная схема представляет собой схему обычного ре­ зания инструментом с углом Х^=0, осложненного движением вдоль касательной к режущей кромке.

Схема срезания стружки при работе инструментом с вра­ щающимся чашечным резцом отличается от схемы рис. 1 и 2 только круговой режущей кромкой определенного радиуса и формой поверхности резания.

Несовпадение по направлению векторов ѵ и W приводит к тому, что рабочий угол наклона режущей кромки Хр, образую­ щийся в процессе резания, становится не равным статическому углу наклона кромки X. Величина угла, образованного режу­ щей кромкой или касательной к ней и плоскостью, нормаль­ ной к вектору истинной скорости резания, зависит от направ-

1 Под входящей понимают точку режущей кромки, которая первой соприка­ сается со срезаемым слоем, а под выходящей — точку, которая соприкасается со срезаемым слоем последней.

в

ления и скорости перемещения инструмента вдоль касательной к режущей кромке:

Правило знаков в формуле (2) такое же, как и в формуле

(1). Угол Хр можно определить иначе. Так как

WT

tg*-» =

а нормальная WN и касательная WT составляющие вектора истинной скорости резания могут быть выражены через ѵ и ѵр, то

В том случае, когда вектор ѵѵ направлен к входящей точке режущей кромки (см. рис. 2), угол Хр всегда больше угла X. Если же вектор ѵр направлен к выходящей точке (см. рис. 1), то угол Хр становится меньше угла X. При этом, если Хт<Х, то входящая точка режущей кромки р и при перемещении инстру­ мента вдоль касательной к режущей кромке остается входящей точкой; если же Хт>%, то вектор истинной скорости резания W отклоняется от перпендикуляра к режущей кромке в сторо­ ну точки q, и эта точка теперь становится входящей.

Истинная скорость резания при известных ѵ и |

она может быть также выражена через рабочий и статический углы наклона режущей кромки:

cos Хр

* Минус соответствует направлению вектора ѵр к выходящей точке кром­ ки, а плюс — к входящей.

7

Касательная составляющая истинной скорости резания, на­ правленная вдоль режущей кромки,

Если инструмент не перемещается вдоль касательной к ре­ жущей кромке, то согласно формулам (1)—(3) W=v; ХР = Х и

Рис. 1. Схема срезания стружки при направлении вектора скорости Ѵр к выходящей точке режущей кромки

схемы, приведенные на рис. 1 и 2, превращаются в схему обыч­ ного резания инструментом со статическим углом наклона ре­ жущей кромки, не равным нулю.

8