РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ, РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ / РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ / ЛЕКЦИИ / Лекция 3

6

1. Кинематика резания

Кинематика резания - это раздел теории резания, рассматривающий:

- относительное движение инструмента и заготовки в процессе резания;

- элементы движения;

- влияние элементов движения на процесс резания.

Движение резания - общее (результирующее) относительное движение инструмента и заготовки в процессе резания.

Оно может быть как простым, так и сложным. Сложное движение резания воспроизвести одним рабочим органом (режущим инструментом или заготовкой) бывает затруднительно, поэтому его расчленяют на простые движения.

Простейших движений в составе движения резания может быть несколько и их разделяют на:

- главное движение Dr,

- движение подачи Ds

- вспомогательное (касательное) движение Dк.

Главное движение - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания. Осуществляет процесс резания.

Движение подачи - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания. Предназначено для распространения отделения слоя материала на всю обрабатываемую поверхность.

Вспомогательное движение - движение режущего инструмента или заготовки по касательной к режущей кромке в рассматриваемой точке. Предназначено для смены контактирующих с заготовкой участков режущей кромки.

2. Понятие о кинематической схеме резания (КСР).

При анализе различных способов обработки используют принципиальные кинематические схемы резания.

Кинематическая схема резания (КСР) – схема, состоящая из прямоугольной системы координат XYZ, в плоскостях которой изображаются относительные движения, соответствующие рассматриваемому способу обработки.

Грановский Г.И. предложил классификацию кинематических схем резания. Он все КСР в зависимости от характера и количества простых движений разбил на группы. Любой способ обработки включает в себя несколько простых движений, которые в сочетании друг с другом дают результирующее движение.

3. Элементы движения резания

Движение резания количественно характеризуется скоростью.

1. Скоростью резания называется скорость перемещения точек режущей кромки в движении резания.

Скорость главного движения Vr - скорость перемещения инструмента или заготовки в главном движении.

Скорость резания Vr измеряется в м/мин или м/с, также она может характеризоваться частотой вращения n, мин^-1 и числом двойных ходов k, дв.х/мин:

где D - диаметр инструмента или заготовки (мм); L - длина пути инструмента или заготовки (мм).

2. Подача (скорость движения подачи) S - скорость перемещения инструмента или заготовки в движении подачи за каждый цикл главного движения.

Различают подачу:

- на один оборот главного движения So, мм/об

- на один двойной ход Sx, мм/дв.х,

- подачу на один зуб Sz, мм/зуб,

- минутную подачу Sм, мм/мин.

Математическая связь между этими подачами следующая:

где z - число зубьев инструмента.

3. Скорость вспомогательного движения Vk - это скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в касательном движении.

Она не является режимной характеристикой и задается в виде соотношения Vk / V r.

4. Влияние установки резца на величины углов

В процессе резания положение координатных плоскостей рис. 1 (основной 1 и резания 2) меняется. Соответственно изменяются и величины углов резания.

Рис. 1. Координатные плоскости резца

4.1. Процесс резания в статической и кинематической системе координат

Рис. 2. Схема изменения статических углов резца в процессе резания

Рассмотрим процесс резания в статической системе координат (см. рис. 2), когда скорость подачи Vs отсутствует.

В этом случаи основная плоскость OD будет перпендикулярна главной скорости резания Vr, а плоскость резания AC перпендикулярна основной плоскости и пройдет через линию АОС. Из этого следует, что главный передний угол равен нулю ( = 0), главный задний угол равен .

Рассмотрим процесс резания в кинематической системе координат (см. рис. 2), когда появляется скорость подачи Vs.

В этом случаи возникает результирующая скорость резания Ve. А значит и изменяется положение координатных плоскостей основной и плоскости резания. Так как по определению основная плоскость перпендикулярна результирующей скорости резания Ve, а плоскость резания перпендикулярна основной плоскости, то основная плоскость и плоскость резания в кинематической системе координат изменят свое положение. Плоскость резания будет проходить через линию ВО. Главный передний угол станет равным ( = _к) и будет называться кинематическим главным передним углом. Главный задний угол станет равным  = _к и будет называться кинематическим главным задним углом.

Таким образом произошло изменение углов. Главный передний угол стал положительный. Главный задний угол уменьшился на величину ().

Угол скорости резания  – это угол между направлениями скоростей результирующего движения резания и главного движения.

Нормальные условий резания возможны, когда главный задний угол больше угла скорости резания.

4.2. Изменение углов резания при продольном точении.

Р ис. 3 Изменение углов резца при продольном точении и разрез траектории точки режущей кромки резца

Рассмотрим рисунок 3. На нем показана работа резца при продольном точении с  = 0^о и  = 0^о.

В-В - положение плоскости резания в статической системе координат.

А-А - положение плоскости резания в кинематической системе координат.

Развернем на плоскость (рис.3) окружность вращения и винтовую траекторию точки режущей кромки. Получим треугольник. Катетами будут подача (S) и окружность вращения (D), а гипотенузой – винтовая траектория. Угол скорости резания  будет равен

Проанализируем данную схему.

С увеличением подачи S угол скорости резания  будет увеличиваться, а кинематический главный угол резания _к – уменьшаться.

Разные точки режущей кромки находятся на различных диаметрах заготовки D. Следовательно, (см. рис. 3) наклон винтовых траекторий для разных точек режущего лезвия соответствующих определенному диаметру заготовки D, при постоянной подаче S будет различным. Чем меньше диаметр заготовки D, тем больше угол скорости резания  и тем меньше кинематический главный задний угол _к.

Кинематический главный передний угол резания будет увеличиваться и будет равен

_к =  + 

4 .3. Изменение углов резания при поперечном точении.

Рис. 4. Изменение углов резца при поперечном точении

Рассмотрим рисунок 4. При отрезании детали точки режущей кромки описывают архимедову спираль. При этом плоскость резания ВВ откланяется от касательной к окружности вращения и принимает положение АА, а кинематический задний угол _к уменьшается на величину угла скорости резания .

Чем больше подача S и меньше диаметр D, на котором расположена точка режущей кромки, тем больше угол скорости резания . А кинематические передний и задний углы равны

_к =  + 

4 .4. Изменение углов резания при установке режущей кромки выше или ниже оси детали.

Рис. 5. Геометрические параметры резца в зависимости от положения его вершины относительно оси центров при наружном точении.

Рассмотрим рисунок 5. При установке резца выше или ниже центра оси детали меняется положение плоскостей основной и резания. Изменяются и кинематические главные углы передний и задний.

Если режущая кромка установлена выше оси детали (рис. 5б), кинематический главный передний угол увеличится, а кинематический главный задний угол уменьшится, что видно при сравнении рисунков 5б и 5а..

Если режущая кромка установлена ниже оси детали (рис. 5в), кинематический главный передний угол уменьшится, а кинематический главный задний угол увеличится.

4 .5. Изменение углов в плане в зависимости от установки резца относительно оси детали.

Рис. 6. Схема изменения углов в плане в зависимости от установки резца

относительно оси детали

Рассмотрим рисунок 6. Такая установка приводит к изменению кинематических углов в плане.

При положении оси резца перпендикулярной оси детали главный угол в плане равен φ, а вспомогательный угол в плане равен φ₁.

При положении оси резца не перпендикулярной оси детали главный угол в плане равен φ’, а вспомогательный угол в плане равен φ’₁.