Файл: Бобров В.Ф. Резание металлов самовращающимися резцами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.07.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 1
В.ф. БОБРОВ
Д.Е.ИЕ РУСАЛ ИМС КИЙ
САМОВРАЩАЮЩНМНСЯ
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
м |
- |
г |
з ю |
|
Б о б р о в В. |
Ф. |
и |
И е р у с а л и м с к и й |
Д. Е. Реза |
ние металлов |
самовращающимися резцами. |
М., «Ма |
||
шиностроение», |
1972, |
112 с. |
|
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
ханизма изнашивания контактных поверхностей самовращаю щихся резцов, в первую очередь, необходимо исследовать про цесс стружкообразования.
Внастоящей работе описываются результаты аналитических
иэкспериментальных исследований основных вопросов кинема тики и механики процесса резания инструментами с самовра щающейся режущей кромкой. Для сравнения приводятся неко торые сведения и о влиянии принудительно перемещающейся режущей кромки на процесс резания. Хотя все эксперименты выполнены с применением резцов, передняя поверхность кото рых является внутренней конической поверхностью чашки, по лученные закономерности справедливы и для инструментов, пе редняя поверхность которых является наружной конической поверхностью чашки.
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:
= |
|
К*- |
|
0 ) |
Величина угла Хт определяется с помощью выражения |
||||
tg х т = |
! f cosX |
. |
|
|
& г |
V Т |
Vp sin X |
|
|
Если отношение скоростей |
-fj- |
обозначить |
то |
|
t g ^ = |
I cos X |
|
(2) |
|
1 |
sin X |
|
||
|
|
|
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
tg \ |
и |
= tg X + — . * |
|
cos/ |
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 |
W — V Y 1 + 2£ sin X -+- £2; |
(3) |
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
Нормальная составляющая истинной скорости резания |
|
WN = W cos Xp — Vcos %. |
(4) |
Касательная составляющая истинной скорости резания, на правленная вдоль режущей кромки,
WT = W sin Xp = v cos Xtg Xp. |
(5) |
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
Процесс превращения срезаемого слоя в стружку при реза нии инструментом, перемещающимся вдоль касательной к ре жущей кромке, является осложненным случаем обычного ре зания. Срезание стружки в этом случае можно представить сле дующим образом.
, При резании абсолютно недеформируемого материала раз вернутая на передней поверхности стружка, соответствующая
/ і
Рис. 2. Схема срезания стружки при направлении вектора скорости ѵр к входящей точке режущей кромки
перемещению инструмента из положения 1 в положение II на расстояние L с истинной скоростью резания W, представляла бы собой параллелограмм pmnq с основанием, равным рабочей длине режущей кромки, и высотой LN, равный расстоянию по нормали между указанными положениями режущей кромки. Бо ковые стороны параллелограмма образуют с перпендикуляром к режущей кромке угол, равный статическому углу наклона