Резец
23.08.2018
Клин на своей вершине создает высокие давления. Но, ведь клыки, когти, бивни, колючки, наконечники копий и стрел, мечи, ножи и, наконец, резцы также представляют собой клинья. Значит, и на их вершинах должны развиваться высокие давления. Твердый и прочный резец - тоже клин. Он не только вдавливается в стальную заготовку, но и снимает с неё стружку. Дело в том, что для эффективной работы клина одного удельного давления, даже очень высокого, здесь недостаточно. Клин должен быть тверже и прочнее обрабатываемого материала. У клина есть еще одно замечательное свойство - способность раскладывать приложенную к нему осевую силу на составляющие. Соотношение между осевой силой и составляющими зависит от угла заострения клина. Чем меньше угол заострения, тем легче ввести клин в материал. Действительно, чем острее клин, тем легче его ввести в колоду, расслоить материал и снять резцом металлическую стружку. Однако такое уменьшение угла заострения возможно до определенного предела и ограничивается прочностью материала клина и эффективностью разложения сил. Наши далекие предки эмпирически нашли наиболее рациональный угол заострения клина с учетом материала резца и материала, подлежащего обработке. Посмотрите на кремниевые резцы позднего палеолита из Мезина, Тимоновки, на клювовидные резцы с острова Мальта и из Мезина, на костяной резец бороро из Южной Америки. Как они похожи на простейший современный резец формой и выбранным углом заострения клина!
Большие трудности связаны с установкой клина-резца относительно обрабатываемой поверхности, так как не при любой его установке снятие стружки будет эффективным. Если клин ориентирован относительно обрабатываемой поверхности правильно, то процесс резания будет осуществляться легко, стружка будет скользить по обращенной к ней поверхности резца, а другая его поверхность, обращенная к уже обработанной поверхности детали, так называемая задняя поверхность резца, на большей своей части не будет соприкасаться с обработанной поверхностью и вызывать трение и деформацию. При пересечении передней и задней поверхностей образуется режущая кромка инструмента.
Для эффективного ведения процесса резания важно рационально выбрать не только угол заострения клина, но и правильно расположить его поверхности относительно обрабатываемой заготовки. Для строгого определения положения клина относительно детали введены передний и задний углы, обозначаемые символами γ и α. Передние и задние углы играют исключительно важную роль. Без правильного их выбора невозможно эффективно осуществлять обработку. Если резец подвести к цилиндрической детали, то главная режущая кромка резца начнет снимать стружку, образуя поверхность резания, в данном случае цилиндрическую. Если теперь условно провести плоскость, касательную к поверхности резания и проходящую через главную режущую кромку, так называемую плоскость резания, то ее пересечение с плоскостью рисунка даст прямую линию - след. Фактически в месте соприкосновения вершины резца с деталью мы провели касательную к окружности. При этом получается угол между задней поверхностью резца и плоскостью резания так называемый задний угол α. Не более сложно дело обстоит и с передним углом. Ключом для его определения также является плоскость резания, перпендикулярно к которой и опять-таки через главную режущую кромку проводится плоскость. В плоскости нашего рисунка эта плоскость оставит след в виде прямой линии, перпендикулярной к уже проведенной касательной и проходящей через вершину резца и центр детали. Угол между этой плоскостью, а на чертеже линией, и передней поверхностью и есть передний угол γ. Угол заострения - угол между передней и задней поверхностями резца, передний и задний углы в сумме составляют 90°, так как заключены между двумя взаимно перпендикулярными плоскостями. При этом величина переднего угла находится в пределах 0-30° и в основном зависит от свойств материалов детали и инструмента. Обработка более прочных и твердых материалов требует малых передних углов. Исключительно важным является и правильный выбор величины заднего угла, уменьшающего трение между задней поверхностью резца и поверхностью резания. Обычно его принимают в пределах 5-15°.
Резец к детали можно подвести по-разному. Например, вершина резца может быть установлена на уровне оси детали, ниже ее или выше, что весьма часто случается на практике. При расположении вершины клина резца ниже центра детали задний угол α увеличивается, а передний γ уменьшается. Если же вершина клина будет установлена выше центра детали, то, наоборот, передний угол возрастет, а задний уменьшится. Уменьшение величины заднего угла α очень опасно, так как задняя поверхность резца начнет давить и тереться о деталь, инструмент разогреется, эффективность и качество обработки, а также износостойкость резца резко уменьшатся. Изменение этих углов происходит не только при наружном точении, но и при расточке отверстий. Но здесь наблюдаются противоположные закономерности.
Теперь посмотрите на токарный проходной резец. Где эти углы? Где их искать. Ведь появились новые поверхности и кромки, которых не было на элементарном клине-резце и, значит, дело усложнилось. Так просто их теперь не найдешь, не определишь и необходимы последовательные действия, приближающие к цели. Прежде всего, резец надо правильно расположить в пространстве. Очевидно, проще всего положить резец на горизонтальную плоскость и считать, что эта часть дела выполнена. Но это решение будет неприемлемым несмотря на то, что станки при установке стараются выверить в горизонтальной плоскости. Выберем за основу более универсальную плоскость, положение в пространстве которой определяется двумя, характерными для резания, векторами. Это будет основная плоскость. Основной плоскостью называют плоскость, проходящую через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно к вектору скорости главного движения. Найдем теперь не просто режущую кромку, а главную режущую кромку. Она образована от пересечения передней поверхности с главной задней поверхностью резца и непосредственно совершает главную работу - съем припуска с детали. Вполне очевидно, что раз есть главная режущая кромка, то должна быть и ее подчиненная - вспомогательная режущая кромка, которая образуется от пересечения передней поверхности со вспомогательной задней поверхностью. На долю главной режущей кромки выпали наибольшие трудности, потому что она всегда впереди, а вспомогательная режущая кромка располагается за ней и как бы "подчищает" огрехи в работе. При этом было бы ошибкой считать, что главная режущая кромка находится всегда с левой стороны головки резца, если смотреть на него сверху. Она может быть и с правой стороны, если резец должен снимать стружку при осевой подаче слева направо. Положите на такой резец ладонь левой руки, и тогда отведенный большой палец укажет направление осевой подачи и подскажет название резца - левый. Аналогичным образом, только по правой руке, определяется правый резец.
Вспомогательная режущая кромка составляет с главной режущей кромкой угол, который называется углом при вершине ε. Этот угол зависит только от заточки инструмента. Зато величины двух смежных с ним углов - главного угла в плане φ и вспомогательного угла в плане φ1 зависят и от заточки и от установки резца. При малом главном угле в плане φ в работе участвует большая часть главной режущей кромки, улучшается отвод тепла, повышается стойкость инструмента, но возникает сила, отжимающая деталь от резца. Очень малая величина вспомогательного угла в плане, φ1 
Плоскости и углы, с которыми мы познакомились, являются азбукой всех резцов. Без такой азбуки невозможно их грамотно спроектировать, изготовить, заточить и применять.
Разнообразие работ диктует применение различных типов резцов. Прежде всего это проходные резцы, которые могут быть прямые, отогнутые и упорные. Они предназначены для наружного точения цилиндрических деталей, подрезки торцов и снятия фасок. При этом отогнутые резцы получили наиболее широкое применение из-за своей универсальности, жесткости и возможности вести процесс резания в менее доступных местах. Обработку отверстий осуществляют расточными резцами - проходными и упорными. Чем меньше диаметр отверстия и больше его глубина, тем меньше сечение расточного резца и длиннее его стержень. От этого расточные резцы становятся нежесткими, склонными к вибрациям. Для отрезки детали от заготовки или резки прутков и болванок служат отрезные резцы. Для обточки плоскостей, перпендикулярных к оси вращения детали, используют подрезные резцы. Нарезание резьбы требует применения резьбовых резцов со специальной заточкой, соответствующей профилю будущей резьбы. И, наконец, фасонные резцы, которые так названы из-за того, что своими режущими кромками воспроизводят профиль - фасон детали. Ее фасон зависит от формы поверхности детали, например, в виде сферы и шейки. Такие резцы сложны в изготовлении и поэтому дорогие, но простота, производительность и точность обработки сложных поверхностей за один или несколько проходов часто делают этот инструмент незаменимым при массовом производстве. Нельзя не упомянуть о строгательных и долбежных резцах. Строгальные резцы работают в весьма тяжелых условиях. Их часто делают изогнутыми, чтобы при обратном холостом ходе резец свободно скользил по обрабатываемой поверхности, не врезался в нее и не ухудшал качества. Если же посмотреть на долбежный резец, то сразу можно и не разобраться, где у него передняя поверхность, а где задняя. Но стоит представить его совместно с деталью, как все сразу становится ясным. Долбежный резец похож на расточной упорный резец, хотя и предназначен для долбления пазов, канавок, уступов, а не для обработки цилиндрических поверхностей.
Процесс резания осуществляют при определенных режимах, элементами которого являются скорость резания, глубина резания, продольная и поперечная подачи. Выбирают правильный режим резания по справочным таблицам и формулам с рядом специальных коэффициентов.
Посмотрите, какие оригинальные клювовидные ручные резцы применяли московские ремесленники в самом начале XVII века. Правда, они мало чем отличались от резцов IX-X века новгородцев, умевших выковать их из нескольких слоев железа разной твердости. Такими были у них резцы, ножи, разнообразный инструмент, орудия, и, конечно, мечи.
Клин был похож на трехслойный пирог, средний слой которого был упругим и имел твердость закаленной высокоуглеродистой инструментальной стали, а два других слоя представляли собой мягкую малоуглеродистую сталь. При его работе боковые слои изнашивались быстрее прочной и твердой сердцевины, что приводило к автоматической самозаточке клина и, к тому же, защищало средний слой от ударов, развития трещин и разрушения. Хотя этот принцип и существует независимо от нас в природе, осуществляя автоматически естественную заточку когтей, зубов, клыков, имеющих покровные слои разной твердости и износостойкости, тем не менее его не сразу смог понять, оценить и применить человек в своей практической деятельности и ему пришлось открывать для себя этот принцип несколько раз.
Изобретателем суппорта или механической "держалки" резца стал в начале XVIII века талантливый механик А.К. Нартов, построивший много сложных станков и механизмов. Вслед за этим в 1794 г. английский механик Генри Модели сконструировал так называемый крестовый суппорт, который имел две подвижные взаимно перпендикулярные каретки. Благодаря этому укрепленный на верхней каретке резец мог передвигаться с помощью винтов по независимым друг от друга направлениям - вдоль оси вращающейся заготовки и перпендикулярно к ней. С изобретением суппорта станок стал рабочей машиной, и оказалось возможным создание резцов нового типа с точной геометрией и четко определенными теоретическими и практическими параметрами. Наконец, благодаря суппорту родилось понятие основной плоскости как стабильной базы для всех определений и построений, связанных с инструментами. Итак, резец был установлен на суппорте. С этого момента и началась его новая история. Он стал не ручным инструментом, а машинным: строгим по геометрии и форме и разнообразным по существу выполняемых работ. Сначала машинный резец делали полностью из инструментальной стали. Потом поняли, что слишком дорого изготовлять режущую часть и державку из одного материала. Собственно говоря, новизны здесь не было - вспомним хотя бы сварной инструмент Руси IX-X веков, у которого державка была из мягкого железа, а головка с режущей кромкой была выполнена из высокоуглеродистой закаленной стали. Мастеровые древности делали такими даже молотки, зубила, ножи и лемеха для вспашки земли. С появлением в наше время высокопрочных и износостойких пластинок из твердого сплава, керамики, а также искусственных алмазов изменился и резец. Пластинки и кристаллы стали припаивать или крепить механическим путем к головке резца, делать сменными и поворотными с фиксацией в требуемом положении.
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами. Литература
