Что называется обрабатываемой поверхностью
Обработка металлов: Резание
1. Поверхности на обрабатываемых заготовках
Заготовки, предназначающиеся для изготовления деталей машин, имеют исходные поверхности.
В процессе обработки резанием с заготовки слой за слоем, срезается припуск на обработку, в большинстве случаев прилегающий к имеющимся на заготовке поверхностям. За первый проход режущего инструмента вместе с поверхностным слоем с заготовки срезается и ее исходная поверхность. При этом на заготовке образуется новая поверхность. За второй проход того же или другого режущего инструмента с заготовки срезается второй слой металла и вместе с ним поверхность, образованная во время первого прохода инструмента. После второго прохода на заготовке опять образуется новая поверхность.
В сплошном металле заготовки с помощью сверл могут быть изготовлены отверстия. При сверлении срезается ограниченная площадь исходной поверхности заготовки, равная площади поперечного сечения просверливаемого отверстия. По мере углубления сверла в металл в заготовке образуется цилиндрическая поверхность. Поверхности на заготовках, срезаемые за каждый очередной проход инструмента, принято называть обрабатываемыми поверхностями. Поверхности на заготовках, вновь образуемые во время очередного прохода инструмента называется обработанными поверхностями. Промежуточную поверхность, временно существующую в процессе резания между обрабатываемой и обработанной поверхностями, принято называть поверхностью резания.
2. Глубина резания
Чтобы срезать слой металла, оставленный на заготовке как припуск на обработку, лезвие инструмента должно проникнуть в металл на глубину, равную этому припуску. В этом случае весь припуск срезается за один проход инструмента. Если припуск велик, то его срезают за два прохода или более. Величину проникновения лезвий инструмента в металл заготовки во время каждого прохода принято называть глубиной резания. Глубина резания обозначается буквой t и выражается в миллиметрах.
3. Движения, осуществляемые механизмами металлорежущих станков
Кинематика станков основана на использовании механизмов, сообщающих исполнительным органам только два простейших движение – вращательное и поступательное. Сочетания и количественные соотношения этих двух движений определяют все известные виды обработки металлов резанием.
В процессе резания поступательное или вращательное движение одного из исполнительных органов станка сообщает заготовке или режущему инструменту главное движение резания Dr, происходящее с наибольшей скоростью по сравнению с движениями других органов. Поступательные или вращательные движения остальных органов, независимо от того, приложены они к заготовке или инструменту, являются вспомогательными и определяют движения подачи Ds. Движение подачи необходимо при осуществлении главного рабочего движения для обеспечения врезания лезвий инструмента в материал заготовки и отделения срезаемого слоя в виде стружки на всей обрабатываемой поверхности.
В большинстве случаев главное движение резания и движение подачи осуществляется во взаимно перпендикулярных плоскостях, но в отдельных случаях они могут происходить и в одной плоскости. Оба движения могут быть как непрерывными, так и прерывистыми. В ряде случаев движение подачи выполняется благодаря конструктивному исполнению инструмента. Это достигается за счет расположения в последовательный ряд зубьев инструмента, имеющих возрастающую высоту (метчики, протяжки). При работе этих инструментов не требуется движение подачи, осуществляемое механизмом станка. Функцию механизма подачи выполняют сами зубья за счет разности высоты смежных зубьев.
4. Скорость резания и подача
При реализации главного и вспомогательного движений исполнительными органами станков необходимо их количественная оценка. Главное движение, имея наибольшую скорость, определяет направление и скорость деформаций в материале срезаемого слоя и тем самым направление схода стружки и ее форму. Поэтому скорость главного движения является скоростью резания. Скорость резания может сообщаться как инструменту, так и обрабатываемой заготовке. Принято обозначать скорость резания буквой v и при лезвийной обработке выражать в м/мин.
При количественной оценке движения подачи используется отношение расстояний, пройденных точками режущего лезвия в направлении движения подачи к соответствующему числу циклов (или их долей) главного движения, выражаемое численно подачей. В зависимости от соотносимой единицы главного движения подача может выражаться: а) в миллиметрах на оборот (мм/об), если устанавливается перемещение в направлении движения подачи, соответствующее одному обороту инструмента или заготовки, совершаемому во вращательном главном движении; б) в миллиметрах на зуб (мм/зуб), если устанавливается перемещение в направлении движения подачи, соответствующее повороту инструмента на один угловой шаг его режущих зубьев; в) в миллиметрах на двойной ход (мм/дв.ход), если перемещение соответствует одному двойному ходу заготовки или инструмента. При выполнении отдельных операций удобно задавать подачу в миллиметрах в минуту (мм/мин.), как значение перемещения инструмента или заготовки в направлении движения подачи, совершаемого в течение одной минуты. Подачу принято обозначать буквой S с индукцией, соответствующей используемым единицам: Sо, Sz, S2х, Sмин.
Поверхности и плоскости резания
В механизмах и машинах большинство деталей считаются телами вращения. По этой причине станки токарной группы, с помощью которых получаются эти детали, можно назвать основными среди сосредоточенного на производстве станочного оборудования. Часто в механических и обрабатывающих цехах, которые находятся на машиностроительных заводах, большая часть станков – именно этого типа.
Точением или токарной обработкой можно назвать достаточно распространенный метод, с помощью которого изготавливаются детали по типу тел вращения. Это могут быть выполняемые на токарных станках такие детали как: оси разных типов и назначения; пальцы для удержания ответных деталей, валы на которых крепятся кинематические элементы; диски для различных функций; кольца для уплотнения или фиксации; многочисленные крепёжные гайки; разного рода втулки; муфты передающие вращение; цапфы, фланцы и много чего другого.
С помощью станков токарной группы можно растачивать и обтачивать различные поверхности заготовок любой сложности – шаровые, цилиндрические, конические и даже профильные. С помощью токарных станков можно нарезать внутреннюю или наружную резьбу деталей, вытачивать канавки, накатывать рифления и осуществлять сверление, подрезать торцы заготовок, развертывать, зенкеровать, сверлить и выполнять иные виды токарной работы.
Таким образом, с помощью токарного станка становится возможным изменить размер или форму заготовки, сняв припуск – так выглядит обработка на токарном станке. Когда обрабатывается тело вращения, то неизбежно снимается слой металла и образуется стружка под воздействием резца. В результате образуется обработанная поверхность и специальная поверхность, на которой производится резание.
Обрабатываемая поверхность – это поверхность, с которой будет в дальнейшем сниматься слой металла.
Обработанной поверхностью будет считаться та, которая получится после того, как с заготовки срезается слой материала.
Поверхность резания – та, которая образуется на детали в результате воздействия режущей кромки резца. Эта поверхность считается переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностью.
У металлорежущего резца имеется основная плоскость и плоскость резания.
Плоскость резания – это касательная плоскость к поверхности резания, которая в свою очередь переходит через режущую кромку.
Основная плоскость – та, которая находится параллельно поперечной и продольной подаче.
Если токарный резец изготовлен в виде призматического тела, то за основную поверхность может быть принята опорная нижняя поверхность резца.
Тело вращения в геометрии
Тело вращения – это, прежде всего объемное тело, которое формируется в результате вращения геометрической плоской фигуры. Основными телами вращения на практике считаются конус, шар, цилиндр и тор.
Шар – геометрическая фигура, она образуется, когда полукруг вращается вокруг диаметра разреза.
Цилиндр – геометрическая фигура, она всегда образуется, когда прямоугольник вращается вокруг одной из сторон.
Конус – фигура в геометрии, она всегда образуется, когда прямоугольный треугольник детали вращается вокруг одного из своих катетов.
Тор – фигура в геометрии, она всегда образуется, когда окружность вращается вокруг прямой. При этом важно контролировать, чтобы она не пересекала прямую линию.
Понятия и определения
Понятие о припуске на обработку
Детали машин, обрабатываемые на металлорежущих станках, изготовляются из отливок, поковок, кусков прокатного материала и других заготовок. Деталь получает требуемые форму и размеры после того как с заготовки будут срезаны все излишки материала или, как говорят, припуски, получившиеся при ее изготовлении.
Припуском (общим) называется слой металла, который необходимо удалить с заготовки для получения детали в окончательно обработанном виде.
Некоторые детали обрабатываются последовательно на нескольких станках, на каждом из которых снимается только часть общего припуска. Так, например, детали, размеры которых должны быть очень точными, а поверхности очень чистыми, обрабатывают предварительно на токарных, а окончательно на шлифовальных станках.
Слой металла, снимаемый на токарном станке, называется припуском на токарную обработку. Часть металла, снятая (срезанная) с заготовки в процессе ее обработки, называется стружкой.
Все приведенные выше определения сохраняют силу и при обработке деталей из неметаллических материалов (пластмассы, резины и т. п.).
Клин как основа любого режущего инструмента
Рис. 1. Клин как основа любого режущего инструмента
Наиболее употребительный режущий инструмент при обработке деталей на токарных станках — резец (рис. 1, б) Сечение рабочей части резца также имеет вид клина.
Движения резания при точении
На рис. 2 схематически показано обтачивание детали 1 резцом 2. Деталь при этом вращается по стрелке V, а резец перемещается по стрелке S и снимаете детали стружку. Первое из этих движений является главным, а второе — вспомогательным.
Рис. 2. Движения и элементы резания при точении
Главным движением при точении называемся вращение детали. Оно характеризуется скоростью резания.
Вспомогательным движением при точении называется перемещение режущего инструмента. Оно характеризуется подачей.
Скорость резания
Каждая точка обрабатываемой поверхности детали (рис. 2), например точка А, проходит в единицу времени, например в одну минуту, некоторый путь. Длина этого пути может быть больше или меньше, в зависимости от числа оборотов в минуту детали и от ее диаметра, и определяет собой скорость резания.
Скоростью резания называется длина пути, который проходит в одну минуту точка обрабатываемой поверхности детали.
Скорость резания измеряется в метрах в минуту и обозначается буквой v. Для краткости вместо слов «метров в минуту» принято писать м/мин. Скорость резания при точении находится по формуле
Формула эта читается так: скорость резания равна произведению длины окружности обрабатываемой детали на число оборотов ее в минуту, разделенному на 1000.
Определение числа оборотов в минуту детали данного диаметра, которое она должна делать при принятой скорости резания, производится по формуле
Подача
Перемещение резца при резании, в зависимости от условий работы, может происходить быстрее или медленнее и характеризуется, как это отмечено выше, подачей.
Подачей называется величина перемещения резца за один оборот обрабатываемой детали.
Подача измеряется в миллиметрах на один оборот детали и обозначается буквой s. Для краткости вместо слов «миллиметров на один оборот» принято писать мм/об.
Подача называется продольной, если перемещение резца происходит параллельно оси обрабатываемой детали, и поперечной, когда резец перемещается перпендикулярно к этой оси.
Глубина резания
При перемещении резец снимает с детали слой металла, толщина которого характеризуется глубиной резания.
Глубиной резания называется толщина снимаемого слоя металла, измеренная по перпендикуляру к обработанной поверхности детали.
Глубина резания измеряется в миллиметрах и обозначается буквой t. Глубиной резания при наружном обтачивании является половина разности диаметров обрабатываемой детали до и после прохода резца.
Срез, его толщина, ширина и площадь
Вследствие деформации 1 стружки, происходящей в процессе ее образования, ширина и особенно толщина ее получаются больше размеров b и а на рис. 2. Длина стружки оказывается меньше соответственного размера обработанного участка поверхности детали. Поэтому площадь f, заштрихованная на рис. 2 и называемая срезом, не отражает поперечного сечения стружки, снимаемой в этом случае.
Срезом называется поперечное сечение слоя металла, снимаемого при данной глубине резания и подаче. Размеры среза характеризуются его толщиной и шириной.
Толщиной среза называется расстояние между положениями режущей кромки резца до и после одного оборота детали, измеренное по перпендикуляру к режущей кромке.
Толщина среза измеряется в миллиметрах (мм) и обозначается буквой а.
Шириной среза называется расстояние между крайними точками работающей части режущей кромки резца.
Ширина среза измеряется в миллиметрах (мм) и обозначается буквой b.
Четырехугольник, заштрихованный на рис. 2, изображает площадь среза.
Площадь среза равна произведению подачи на глубину резания.
Поверхности и плоскости в процессе резания
На обрабатываемой детали при снятии с нее стружки резцом различают поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность резания (рис. 3).
Рис. 3. Поверхности и плоскости в процессе резания
Обрабатываемой поверхностью называется та поверхность, с которой снимается стружка.
Обработанной поверхностью называется поверхность детали, полученная после снятия стружки.
Поверхностью резания называется поверхность, образуемая на обрабатываемой детали непосредственно режущей кромкой резца.
Для определения углов резца установлены понятия: плоскость резания и основная плоскость.
Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку резца.
Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам.
1 Деформация — изменение формы и размеров тела под влиянием приложенных к нему внешних сил.
Что называется обрабатываемой поверхностью
Главное движение по величине значительно больше движения подачи. Вспомогательные движения – установочные перемещения суппортов, задней бабки, поворот резцедержателя, перемещение траверсы и др.
При обработке резанием на детали различают обрабатываемую 1 (рис. 6.2) и обработанную 3 поверхности, поверхность резания 2.
Обрабатываемая поверхность – поверхность, с которой снимается стружка.
Обработанная поверхность – поверхность, полученная после снятия стружки.
Поверхность резания – поверхность, образуемая режущей кромкой резца в результате движений резания. Такая поверхность служит переходной между обработанной и обрабатываемой поверхностями.
Углы режущих инструментов наиболее часто определяют в статической системе координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки резца, ориентированной по направлению скорости главного движения резания. Для этого устанавливают исходные плоскости: основную и рабочую плоскости, плоскость резания.
Основная плоскость – плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно к направлению скорости главного движения v.
Плоскость резания – плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная к основной плоскости.
Рабочая плоскость – плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения v и движения подачи vs (рис. 6.2). Скорость результирующего движения резания обозначена ve. При установке резца по центру детали основная плоскость параллельна плоскости основания резца.
Рис. 6.2. Поверхности и плоскости при обработке резцом:
1 и 3 – обрабатываемая и обработанная поверхности; 2 – поверхность резания; 4 и 6 – основная и рабочая плоскости; 5 и 7 – плоскости резания и основания резца
Пространственную конструктивную форму любой детали определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки заготовки конструктор стремится использовать следующие геометрические поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные и др. Любая геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для образования круговой цилиндрической поверхности необходимо прямую линию (образующую) перемещать по окружности (направляющей).
При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев являются воображаемыми. Они воспроизводятся во времени комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых строго согласованы между собой. Движения резания являются также формообразующими движениями. Механическая обработка заготовок деталей машин реализует в основном четыре метода формообразования поверхностей. Рассмотрим их на конкретных примерах.
Получение поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента является реальной образующей линией 1, форма которой совпадает или обратна той, которая является образующей линией поверхности детали (рис. 6.3а). Направляющая линия 2 воспроизводится во времени вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.
Рис. 6.3. Схемы методов формообразования поверхностей:
а – копирования; б – следов; в – касания; г – обкатки
Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точки заготовки (рис. 6.3б). Здесь движения резания являются формообразующими. Этот метод формообразования поверхностей деталей распространен наиболее широко.
Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией 1 является режущая кромка инструмента (рис. 6.3в), а направляющая линия 2 поверхности служит касательной к ряду геометрических вспомогательных линий – траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.
Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) заключается в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки (рис. 6.3 г) вследствие согласования между собой движения резания и движения подачи. Скорости этих движений согласуются так, что за время прохождения круглым резцом расстояния 1 резец должен сделать один полный оборот относительно своей оси вращения. Здесь все три движения являются формообразующими.
Смазочно-охлаждающие жидкости: виды и назначение
При использовании смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) значительно уменьшается износ режущего инструмента, повышается качество обработанной поверхности и снижаются затраты энергии. Кроме того, уменьшается коэффициент внешнего трения (оказывается смазывающее действие), облегчается процесс пластических деформаций, уменьшается потребляемая мощность (молекулы поверхностно-активного вещества, проникая в микротрещины, оказывают расклинивающее действие) и снижается нагрев в зоне резания (охлаждающее действие). Применение СОЖ также препятствует образованию нароста у режущей кромки инструмента и способствует удалению стружки и абразивных частиц из зоны резания.
У СОЖ должны быть антикоррозионные свойства. Они должны быть также нетоксичными и достаточно устойчивыми при хранении и эксплуатации. Их делят на следующие группы:
Выбор СОЖ зависит от условий обработки. При черновой токарной обработке применяют эмульсии 2–5 %-ной концентрации. При чистовой обработке используют эмульсии повышенной концентрации (12–15 %). Сверление, зенкерование и фрезерование производят с 5–8 %-ной эмульсией. В процессе обработки чугуна и других хрупких материалов СОЖ не применяют, так как эффект от их действия в этом случае незначителен. При работе твердосплавным инструментом на высоких скоростях в зону резания необходимо подавать обильную и непрерывную струю жидкости во избежание растрескивания пластинки твердого сплава.
В зону резания СОЖ подают несколькими способами.
Охлаждение свободной струей (рис. 6.4а) – наиболее распространенный способ подачи жидкости, однако при его использовании непосредственно в зону резания жидкости попадает недостаточно. Кроме того, при этом способе расход жидкости достигает 10–15 л/мин.
При охлаждении высоконапорной струей (рис. 6.4б) жидкость поступает под большим давлением – 2–3 МПа со стороны задней поверхности резца через отверстие диаметром 0,2–0,4 мм. При этом способе расход жидкости резко снижается и составляет примерно 0,5 л/мин. Кроме того, жидкость интенсивнее проникает в зону резания, быстрее испаряется и больше отводит теплоты.
Распыленную жидкость подают с помощью специальной установки (рис. 6.5). Сжатый воздух из цеховой воздушной сети поступает через шланг в редуктор 7, в котором давление воздуха понижается до 0,2–0,45 МПа и поддерживается постоянным в процессе работы. С помощью крана 2 можно прекратить подачу воздуха. Из редуктора сжатый воздух направляется одновременно в инжектор 4 и верхнюю часть бачка 7 с эмульсией. Под действием давления воздуха она поднимается по трубке в инжектор, где распыляется, и далее по шлангу через стопорный кран 5 и сопло 6 подается в зону резания со стороны задней поверхности инструмента.
Основы теории резания металлов.
Выбор режимов резания
Глава VI
Основы теории резания металлов
Основоположниками теории резания металлов были выдающиеся русские ученые И. А. Тиме (1838—1920), К. А. Зворыкин (1861—1928), Я. Г. Усачев (1873—1941) и др. Работы этих ученых, получившие мировое признание, до сих пор не утратили своей ценности. Однако в условиях отсталой царской России все эти работы не находили практического применения, так как промышленность была слабо развита.
Широкий размах наука о резании металлов получила лишь после Великой Октябрьской социалистической революции, особенно в период советских пятилеток, когда наука была поставлена на службу социалистической промышленности.
Советские ученые В. Д. Кузнецов, В. А. Кривоухов, И. М. Беспрозванный, А. М. Розенберг, М. Н. Ларин, П. П. Трудов, М. И. Клушин и др. создали отечественную школу резания металлов, отличительной особенностью которой является тесное содружество науки с производством, ученых с новаторами производства.
Большую роль в развитии науки о резании металлов сыграло движение новаторов производства. В стремлении повысить производительность труда передовики производства стали искать новые пути улучшения условий резания: они создавали новую геометрию режущего инструмента, изменяли режимы резания, осваивали новые режущие материалы. Каждое рабочее место токаря-новатора стало как бы маленькой лабораторией по исследованию процесса резания.
Широкий обмен опытом, возможный только в условиях социалистической экономики, и тесное содружество передовиков производства с наукой обеспечили бурное развитие науки о резании металлов.
1. Работа резца
Чем острее клин, т. е. чем меньше угол, образованный его сторонами, тем меньшее усилие требуется для его врезания в металл. Угол, образованный сторонами клина, называется углом заострения и обозначается греческой буквой β (бета). Следовательно, чем меньше угол заострения β, тем легче клин проникает в металл, и, наоборот, чем больше угол заострения β, тем большую силу надо приложить для резания металла. При назначении угла заострения необходимо учитывать механические свойства обрабатываемого металла. Если резать твердый металл резцом, имеющим малый угол заострения β, то тонкое лезвие не выдержит и выкрошится либо сломается. Поэтому в зависимости от твердости обрабатываемого металла назначают соответствующий угол заострения клина.
Слой обрабатываемого металла, находящийся непосредственно перед резцом, непрерывно сжимается его передней поверхностью. Когда усилие резца превышает силы сцепления частиц металла, сжатый элемент скалывается и сдвигается передней поверхностью клина вверх. Резец, продвигаясь вперед под действием приложенной силы, будет продолжать сжимать, скалывать и сдвигать отдельные элементы, из которых образуется стружка.
2. Основные части и элементы токарного резца
Резец состоит из двух основных частей: головки и тела (стержня) (рис. 46). Головка является рабочей (режущей) частью резца; тело служит для закрепления резца в резцедержателе.
Головка состоит из следующих элементов: передней поверхности, по которой сходит стружка, и задних поверхностей, обращенных к обрабатываемой детали. Одна из задних поверхностей, обращенная к поверхности резания, называется главной; другая, обращенная к обработанной поверхности, — вспомогательной.
Режущие кромки получаются от пересечения передней и задних поверхностей. Различают главную и вспомогательную режущие кромки. Основную работу резания выполняет главная режущая кромка.
Пересечение главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца.
3. Поверхности обработки
На обрабатываемой детали различают три вида поверхности (рис. 47): обрабатываемую, обработанную и поверхность резания.
Обрабатываемой поверхностью называется поверхность заготовки, с которой снимается стружка.
Обработанной поверхностью называется поверхность детали, полученная после снятия стружки.
Поверхностью резания называется поверхность, образуемая на обрабатываемой детали главной режущей кромкой резца.
Необходимо также различать плоскость резания и основную плоскость.
Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку резца.
Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам резца. У токарных станков она совпадает с горизонтальной опорной поверхностью резцедержателя.
4. Углы резца и их назначение
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 β (бета).
Задним углом α (альфа) называется угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания.
Задний угол α 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.
В табл. 1 приведены рекомендуемые величины углов (заднего и переднего) для резцов, оснащенных пластинами твердого сплава.
Передним углом γ (гамма) называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведенной через главную режущую кромку.
Передний угол γ 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. Рекомендуемые величины переднего угла для твердосплавных резцов приведены в табл. 1.
Угол φ 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 φ1 называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи.
Углом λ (ламбда) наклона главной режущей кромки (рис. 49) называется угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости.
Резцы, у которых вершина является низшей точкой режущей кромки, т. е. угол λ положительный (рис. 49, в), получаются более прочными и стойкими; такими резцами хорошо обрабатывать твердые металлы, а также прерывистые поверхности, создающие ударную нагрузку. При обработке таких поверхностей твердосплавными резцами угол наклона главной режущей кромки доводят до 20—30°. Резцы, у которых вершина — высшая точка режущей кромки, т. е. угол λ отрицательный (рис. 49, а), рекомендуется применять для обработки деталей из мягких металлов.
5. Материалы, применяемые для изготовления резцов
При работе на режущих кромках резца возникает высокое давление, а также высокая температура (600—800° и выше). Трение задней поверхности резца о поверхность резания и стружки о переднюю поверхность резца вызывает более или менее быстрый износ его рабочих поверхностей. Вследствие износа форма режущей части изменяется и резец по истечении некоторого времени становится негодным для дальнейшей работы; такой резец должен быть снят со станка и переточен. Для увеличения срока службы резца без переточки необходимо, чтобы его материал хорошо сопротивлялся износу при высокой температуре. Кроме того, материал резца должен быть достаточно прочным, чтобы без разрушения выдерживать высокие давления, возникающие при резании. Поэтому к материалу резцов предъявляются следующие основные требования — твердость при высокой температуре, хорошая износостойкость и прочность.
В настоящее время существует много удовлетворяющих этим требованиям инструментальных сталей и сплавов. К ним относятся: углеродистые инструментальные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы и керамические материалы.
По этой причине углеродистая инструментальная сталь в настоящее время имеет ограниченное применение: из нее изготовляют режущие инструменты, работающие со сравнительно низкой скоростью резания, когда температура в зоне резания достигает небольшой величины. К таким инструментам относятся: плашки, развертки, метчики, напильники, шаберы и др. Резцы из углеродистой инструментальной стали в настоящее время не изготовляют.
В настоящее время в СССР выпускают следующие марки быстрорежущей стали (ГОСТ 9373—60): Р18, Р9, Р9Ф5, Р14Ф14, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2.
Резцы, изготовленные целиком из быстрорежущей стали, дороги, поэтому в целях экономии бысторежущей стали пользуются преимущественно резцами с наварными пластинками.
Основное преимущество твердых сплавов заключается в том, что они хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и обрабатываемой деталью и не теряют режущих свойств даже при нагреве до 900—1000°. Благодаря этим свойствам резцы, оснащенные пластинами твердых сплавов, пригодны для обработки самых твердых металлов (твердые стали, в том числе и закаленные) и неметаллических материалов (стекло, фарфор, пластмассы) при скоростях резания, превышающих в 4—6 раз и более скорости резания, допускаемые быстрорежущими резцами.
Недостаток твердых сплавов — повышенная хрупкость.
В настоящее время в СССР выпускают две группы твердых сплавов. Основные из них — вольфрамовые (ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6М, ВК6, ВК8 и ВК8М) и титано-вольфрамовые (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10). Каждая из этих групп имеет определенную область применения (табл. 2).
Все вольфрамовые сплавы предназначаются для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов, закаленных сталей, нержавеющих сталей и неметаллических материалов (эбонит, фарфор, стекло и т. п.). Для обработки сталей применяют твердые сплавы титано-вольфрамовой группы.
Недостатком керамических пластинок является их недостаточная вязкость. Резцы, оснащенные керамическими пластинками, можно применять при чистовой или получистовой обработке чугуна, бронзы, алюминиевых сплавов и мягких сталей.
Заточка и доводка быстрорежущих резцов производится с соблюдением следующих правил:
1. Шлифовальный круг не должен бить, его поверхность должна быть ровной; если рабочая поверхность круга выработалась, ее следует править.
2. Во время заточки нужно пользоваться подручником, а не держать резец на весу. Подручник должен быть установлен возможно ближе к шлифовальному кругу, под требуемым углом и давать надежную опору резцу (рис. 50, а—г).
3. Затачиваемый резец нужно перемещать вдоль рабочей поверхности круга, иначе он будет неравномерно изнашиваться.
4. Чтобы не перегревать резец и тем самым избежать появления в нем трещин, не следует сильно прижимать резец к кругу.
5. Заточку нужно вести при непрерывном и обильном охлаждении резца водой. Капельное охлаждение, а также периодическое погружение сильно нагретого резца в воду не допускается. Если непрерывное охлаждение обеспечить невозможно, лучше перейти на сухую заточку.
6. Заточку резцов из быстрорежущей стали следует производить с помощью электрокорундовых кругов средней твердости и зернистостью 25—16.
Порядок заточки резцов устанавливается следующий. Сначала затачивают главную заднюю поверхность (рис. 50, а). Затем вспомогательную заднюю поверхность (рис. 50, б), после чего переднюю поверхность (рис. 50, в) и, наконец, радиус закругления вершины (рис. 50, г).
7. Категорически воспрещается производить заточку резцов на станках, у которых снят защитный кожух.
8. Во время заточки надо обязательно надевать предохранительные очки.
После заточки резца на его режущих кромках остаются мелкие зазубрины, заусенцы и риски. Их устраняют доводкой на специальных доводочных станках. Доводку производят также и вручную при помощи мелкозернистого оселка, смачиваемого минеральным маслом. Сначала легкими движениями оселка доводят задние поверхности, а затем переднюю и радиус закругления вершины.
Предварительную заточку производят кругами из зеленого карбида кремния зернистостью 50—40, а окончательную — зернистостью 25—16.
Резец не следует сильно прижимать к рабочей поверхности круга во избежание перегрева и растрескивания пластинки твердого сплава. Кроме того, его нужно все время передвигать относительно круга; это необходимо для равномерного износа круга.
Заточку можно вести как всухую, так и с обильным охлаждением резца водой.
После заточки твердосплавного резца надо обязательно доводить его поверхности. Доводку производят вручную или на доводочном станке. Вручную доводку производят с помощью чугунного или медного притира, рабочую поверхность которого натирают специальной пастой или наносят на поверхность равномерным слоем порошок карбида бора, смешанный с машинным маслом или керосином. Доводку производят на ширину 2—4 мм от режущей кромки.
Более производительна доводка на специальном доводочном станке при помощи чугунного диска диаметром 250—300 мм, вращающегося со скоростью 1,5—2 м/сек; на поверхность этого диска наносят пасту или же порошок карбида бора, смешанный с машинным маслом или керосином.
7. Образование стружки
Виды стружки. Отделяемая стружка под действием давления резца сильно изменяет свою форму или, как говорят, деформируется: она укорачивается по длине и увеличивается по толщине. Указанное явление впервые было обнаружено проф. И. А. Тиме и названо усадкой стружки.
Внешний вид стружки зависит от механических свойств металла и тех условий, при которых происходит резание. Если обрабатываются вязкие металлы (свинец, олово, медь, мягкая сталь, алюминий и др.), то отдельные элементы стружки, плотно сцепляясь друг с другом, образуют непрерывную стружку, завивающуюся в ленту (рис. 51, а). Такая стружка называется сливной. При обработке менее вязких металлов, например твердой стали, стружка образуется из отдельных элементов (рис. 51, б), слабо связанных друг с другом. Такая стружка называется стружкой скалывания.
Если обрабатываемый металл хрупок, как, например, чугун или бронза, то отдельные элементы стружки надламываются и отделяются от обрабатываемой детали и друг от друга (рис. 51, в). Такая стружка, состоящая из отдельных чешуек неправильной формы, называется стружкой надлома.
Рассмотренные виды стружки не остаются постоянными, они могут изменяться с изменением условий резания. Чем мягче обрабатываемый металл и чем меньше толщина стружки и угол резания, тем больше форма стружки приближается к сливной. Это же будет наблюдаться при увеличении скорости резания и применении охлаждения. С уменьшением скорости резания вместо сливной стружки получается стружка скалывания.
Положительная роль нароста в том, что он прикрывает режущее лезвие, защищая его от износа сходящей стружкой и действия тепла, и этим несколько повышает стойкость резца. Наличие нароста полезно при обдирке, так как режущее лезвие меньше нагревается и износ его уменьшается. Однако с образованием нароста ухудшаются точность и чистота обработанной поверхности, так как нарост искажает форму лезвия. Стало быть, образование нароста невыгодно при чистовых работах.
8. Понятие об элементах режима резания
Чтобы в каждом отдельном случае более производительно выполнять обработку, токарь должен знать основные элементы режима резания; этими элементами являются глубина резания, подача и скорость резания.
Глубиной резания называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно последней. Глубина резания обозначается буквой t и измеряется в миллиметрах (рис. 53).
При обтачивании заготовки на токарном станке припуск на обработку срезается за один или несколько проходов.
Чтобы определить глубину резания t, надо измерить диаметр обрабатываемой детали до и после прохода резца, половина разности диаметров даст глубину резания, иначе говоря, 
где D — диаметр детали в мм до прохода резца; d — диаметр детали в мм после прохода резца. Перемещение резца за один оборот обрабатываемой детали (рис. 53) называется подачей. Подача обозначается буквой s и намеряется в миллиметрах за один оборот детали; для краткости принято писать мм/об. В зависимости от направления, по которому перемещается резец относительно направляющих станины, различают:
а) продольную подачу — вдоль направляющих станины;
б) поперечную подачу — перпендикулярно к направляющим станины;
в) наклонную подачу — под углом к направляющим станины (например, при обтачивании конической поверхности).
Площадь поперечного сечения среза обозначают буквой f (эф) и определяют как произведение глубины резания на подачу (см. рис. 53): 
Кроме глубины резания и подачи, различают еще ширину и толщину срезаемого слоя (рис. 53).
Ширина срезаемого слоя, или ширина стружки, — расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. Измеряется она в миллиметрах и обозначается буквой b (бэ).
Толщина срезаемого слоя, или толщина стружки, — расстояние между двумя последовательными положениями режущей кромки за один оборот детали, измеряемое перпендикулярно к ширине стружки. Толщина стружки измеряется в миллиметрах и обозначается буквой а.
При одной и той же подаче и глубине резания с уменьшением главного угла в плане φ толщина стружки уменьшается, а ширина ее увеличивается. Это улучшает отвод тепла от режущей кромки и повышает стойкость резца, что в свою очередь позволяет значительно повысить скорость резания и обработать в единицу времени большее количество деталей. Однако уменьшение главного, угла в плане φ приводит к увеличению радиальной (отталкивающей) силы, что при обработке недостаточно жестких деталей может вызвать прогибание их, потерю точности, а также сильные вибрации. Появление вибраций в свою очередь приводит к ухудшению чистоты обработанной поверхности и часто вызывает выкрашивание режущей кромки резца.
Длина всякой окружности приблизительно в 3,14 раза больше ее диаметра, следовательно, она равна 3,14 D.
Число 3,14, показывающее, во сколько раз длила окружности больше ее диаметра, принято обозначать греческой буквой π (пи).
Точка А за один оборот совершит путь, равный πD. Диаметр D детали, как и длину ее окружности πD, измеряют в миллиметрах.
Допустим, что обрабатываемая деталь сделает несколько оборотов в минуту. Обозначим число их буквой n оборотов в минуту или сокращенно об/мин. Путь, который пройдет при этом точка А, будет равен произведению длины окружности на число оборотов в минуту, т. е. πDn миллиметров в минуту или сокращенно мм/мин, и называется окружной скоростью.
Путь, проходимый точкой обрабатываемой поверхности при обтачивании относительно режущей кромки резца в одну минуту называется скоростью резания.
Так как диаметр детали обычно выражен в миллиметрах, то для определения скорости резания в метрах в минуту нужно произведение πDn разделить на 1000. Это можно записать в виде следующей формулы: 
где v — скорость резания в м/мин;
D — диаметр обрабатываемой детали в мм;
n — число оборотов детали в минуту.
9. Основные сведения о силах, действующих на резец, и о мощности резания
Сверху вниз на резец давит сила Рz, которая стремится отжать резец вниз и изогнуть деталь вверх. Эта сила называется силой резания.
В горизонтальной плоскости в направлении, противоположном движению подачи, на резец давит сила Рх, называемая осевой силой, или силой подачи. Эта сила при продольном точении стремится отжать резец в сторону задней бабки.
В горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению подачи на резец давит сила Рy, которая называется радиальной силой. Эта сила стремится оттолкнуть резец от обрабатываемой детали и изогнуть его в горизонтальном направлении.
Все перечисленные силы измеряются в килограммах.
Самой большой из трех сил является вертикальная сила резания: она примерно в 4 раза больше силы подачи и в 2,5 раза больше радиальной силы. Сила резания нагружает детали механизма передней бабки; она нагружает также резец, деталь, вызывая в них часто большие напряжения.
Опытами установлено, что сила резания зависит от свойств обрабатываемого материала, размера и формы сечения снимаемой стружки, формы резца, скорости резания и охлаждения.
Для характеристики сопротивляемости различных материалов резанию установлено понятие коэффициента резания. Коэффициентом резания К называется давление резания в килограммах, приходящееся на квадратный миллиметр сечения среза, измеренное при определенных условиях резания:
В табл. 3 приведены средние значения коэффициента резания для некоторых металлов.
Мощность электродвигателя станка должна быть несколько больше мощности резания, так как часть мощности электродвигателя затрачивается на преодоление трения в механизмах, передающих движение от электродвигателя к шпинделю станка.
Мощность резания обычно выражается не в лошадиных силах, а в киловаттах (квт). Киловатт в 1,36 раза больше лошадиной силы, поэтому для того, чтобы выразить мощность в киловаттах, нужно разделить мощность в лошадиных силах на 1,36:
10. Теплота резания и стойкость резца
С увеличением силы резания возрастает сила трения, вследствие чего увеличивается количество тепла, выделяющегося в процессе резания. Тепло резания возрастает еще в большей степени при увеличении скорости резания, так как при этом ускоряется весь, процесс образования стружки.
Выделяющееся тепло резания при недостаточном отводе его размягчает резец, вследствие чего износ его режущей части происходит интенсивнее. Это вызывает необходимость менять резец или затачивать его и вновь устанавливать.
Время непрерывной работы резца до затупления носит название стойкости резца (измеряется в минутах). Частая смена резца (малая стойкость) вызывает дополнительные затраты на затачивание и установку резца, а также на восполнение изношенных резцов.
Следовательно, стойкость резца является важным фактором при выборе режимов резания, в особенности при выборе скорости резания.
Стойкость резца зависит в первую очередь от качеств материала, из которого он изготовлен. Наиболее стойким будет резец, который изготовлен из материала, допускающего наиболее высокую температуру нагрева без значительной потери твердости. Наибольшей стойкостью обладают резцы, оснащенные пластинками твердого сплава, минералокерамическими пластинками; значительно меньшей стойкостью — резцы из быстрорежущей стали, наименьшей — резцы из углеродистой инструментальной стали.
Стойкость резца зависит также от свойств обрабатываемого материала, сечения среза, углов заточки резца, скорости резания. Увеличение твердости обрабатываемого материала понижает стойкость резца.
Изменяя углы заточки и форму передней поверхности, можно добиться значительного повышения стойкости резцов и их производительности.
Особенно сильно влияет на стойкость резца скорость резания. Иногда даже самое незначительное увеличение скорости приводит к быстрому затуплению резца. Например, если при обработке стали быстрорежущим резцом повысить скорость резания всего на 10%, т. е. в 1,1 раза, резец затупится вдвое быстрее и наоборот.
С увеличением площади поперечного сечения среза стойкость резца понижается, но не так сильно, как при таком же увеличении скорости резания.
Стойкость резца зависит также от размеров резца, формы сечения среза и охлаждения. Чем массивнее резец, тем лучше отводит он тепло от режущей кромки и, следовательно, тем больше его стойкость.
Опыты показывают, что при одном и том же сечении среза большая глубина резания и меньшая подача обеспечивают большую стойкость резца, чем меньшая глубина резания при соответственно большей подаче. Объясняется это тем, что при большей глубине резания стружка соприкасается с большей длиной режущей кромки, поэтому лучше отводится тепло резания. Вот почему при одном и том же сечении среза выгоднее работать с большей глубиной, чем с большей подачей.
Стойкость резца значительно возрастает при его охлаждении.
Охлаждающая жидкость должна подаваться обильно (эмульсия 10—12 л/мин, масло и сульфофрезол 3—4 л/мин); небольшое количество жидкости не только не приносит пользы, но даже портит резец, вызывая появление на его поверхности мелких трещин, ведущих к выкрашиванию.
11. Выбор скорости резания
От выбора скорости резания зависит производительность труда: чем с большей скоростью резания производится обработка, тем меньше время, затрачиваемое на обработку. Однако с увеличением скорости резания уменьшается стойкость резца, поэтому на выбор с корости резания влияют стойкость резца и все факторы, от которых зависит стойкость резца. Из них наиболее важными являются свойства обрабатываемого материала, качество материала резца, глубина резания, подача, размеры резца и углы заточки, охлаждение.
1. Чем больше должна быть стойкость резца, тем меньше должна быть выбрана скорость резания и наоборот.
2. Чем тверже обрабатываемый материал, тем меньше стойкость резца, следовательно, для обеспечения необходимой стойкости при обработке твердых материалов скорость резания приходится уменьшать. При обработке литых и кованых заготовок, на поверхности которых имеется твердая корка, раковины или окалина, необходимо уменьшать скорость резания против той, какая возможна при обработке материалов без корки.
3. От свойств материала резца зависит его стойкость, следовательно, от этих же свойств зависит и выбор скорости резания. При прочих равных условиях резцы из быстрорежущей стали допускают значительно большую скорость резания, чем резцы из углеродистой стали; еще большую скорость резания допускают резцы, оснащенные твердыми сплавами.
4. В целях повышения стойкости резца при обработке вязких металлов выгодно применять охлаждение резцов. В этом случае при одной и той же стойкости инструмента удается повысить скорость резания на 15—25% по сравнению с обработкой без охлаждения.
5. Размеры резца и углы его заточки также влияют на допускаемую скорость резания: чем массивнее резец, особенно его головка, тем лучше он отводит образующееся при резании тепло. Неправильно выбранные, не соответствующие обрабатываемому материалу углы резца увеличивают усилие резания и способствуют более быстрому износу резца.
6. С увеличением сечения среза стойкость резца понижается, следовательно, при большем сечении нужно выбирать скорость резания меньшую, чем при меньшем сечении.
Так как при чистовой обработке снимается стружка небольшого сечения, то скорость резания при чистовой обработке может быть значительно большей, чем при черновой обработке.
Так как увеличение сечения среза меньше влияет на стойкость резца, чем увеличение скорости резания, то выгодно увеличивать сечение среза за счет некоторого снижения скорости резания. На этом принципе основан метод обработки токаря-новатора Куйбышевского станкостроительного завода В. Колесова. Работая на скорости резания 150 м/мин, т. Колесов производит чистовую обработку стальных деталей с подачей до 3 мм/об вместо 0,3 мм/об, а эта приводит к уменьшению машинного времени в 8—10 раз.
Возникает вопрос: почему же передовые токари, часто повышают производительность труда за счет увеличения скорости резания? Не противоречит ли это основным законам резания? Нет, не противоречит. Они повышают скорость резания только в тех случаях, когда полностью использованы возможности увеличить сечение среза.
Когда производится получистовая или чистовая обработка, где глубина резания ограничена малым припуском на обработку, а подача ограничивается требованиями высокой чистоты обработки, увеличение режима резания возможно за счет увеличения скорости резания. Это и делают передовые токари, работающие на получистовой и чистовой обработке. Если же имеется возможность работать с большими сечениями среза (при больших припусках), то в первую очередь следует выбрать возможно большую глубину резания, затем — возможно большую технологически допустимую подачу и, наконец, — соответствующую им скорость резания.
В тех случаях, когда припуск на обработку мал и нет особых требований к чистоте поверхности, повышать режим резания следует за счет применения возможно большей подачи.
12. Чистота обработанной поверхности
При обработке резцом на обработанной поверхности детали всегда остаются неровности в виде впадин и гребешков, даже при самой тщательной отделке. Высота неровностей зависит от способа обработки.
Практикой установлено, что чем чище обработана поверхность детали, тем меньше она подвергается износу и коррозии, а деталь получается прочнее.
Тщательная отделка поверхности при обработке детали всегда дороже, чем грубая обработка поверхности. Поэтому чистота обработанной поверхности должна назначаться в зависимости от условий работы детали.
Шероховатость поверхности по ГОСТ 2789—59 определяется одним из двух параметров: а) средним арифметическим отклонением профиля Ra и б) высотой неровностей Rz.
Для измерения шероховатости и отнесения обработанной поверхности к тому или иному классу применяются специальные измерительные приборы, основанные на методе ощупывания профиля поверхности тонкой алмазной иглой. Такие приборы называются профилометрами и профилографами.
Для определения шероховатости и отнесения обработанной поверхности к тому или иному классу чистоты в цеховых условиях применяют проверенные образцы различных классов чистоты — так называемые эталоны чистоты, с которыми сравнивают обработанную поверхность детали.
Особо важное значение для получения поверхности высокого качества при точении имеет скорость резания, подача, углы в плане и радиус закругления вершины резца. Чем меньше подача и главный угол в плане и чем больше радиус закругления вершины, тем чище получается обработанная поверхность. Скорость резания сильно влияет на чистоту поверхности. При точении стали со скоростью резания более 100 м/мин обработанная поверх-.ность получается чище, чем со скоростью 25—30 м/мин.
Для получения более чистой обработанной поверхности следует обращать внимание на тщательную заточку и доводку режущих кромок.