Кинематика ротационного точения многогранными резцами

КИНЕМАТИКА РОТАЦИОННОГО ТОЧЕНИЯ МНОГОГРАННЫМИ РЕЗЦАМИ
Н.С. Индаков, к.т.н. доц., А.С. Бинчуров, аспирант.
Сибирский Федеральный Университет. Политехнический институт,
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79,
тел.89135209800
E-mail: [email protected]
Важнейшей характеристикой эффективности процесса резания является
кинематика. Именно кинематические особенности позволили выделить такой вид
инструмента как ротационный.
При токарной обработке валов из жаропрочных, высоколегированных,
труднообрабатываемых сталей, а также вязких и пластичных материалов известными
[1,2] методами точения: вершинными резцами, безвершинными резцами и
ротационными резцами, имеют недостатки по стойкости режущего инструмента, по
формированию стружки, по ограничению скорости резания и требуют поиска
альтернативных методов точения.
Одним из перспективных, с точки зрения указанных недостатков, является
разработанный в Красноярском политехническом институте метод ротационного
точения многогранными резцами [3,4], при котором ось вращения инструмента
устанавливается перпендикулярно оси вращения заготовки, а многогранная режущая
кромка резца совершает принудительное вращение.
Представляемый метод сочетает в себе элементы безвершинного косоугольного
точения со сдвигом срезаемого слоя вдоль режущей кромки и ротационного точения с
постоянным обновлением участков режущей кромки [2,5].
В формировании обрабатываемой поверхности участвуют три движения: главное
движение V р , прямолинейное движение или продольная подача S пp и круговая подача
Sкр [5].
Главным движением является вращение инструмента. Причем скорость вращения
инструмента должна быть как минимум на порядок больше скорости вращения
заготовки [2-5].
Скорость резания находится по формуле:
Vр 
2    n p
1000
;
(1)
где:   радиус-вектор контура режущей кромки, [мм];
n р  число оборотов резца, об / мин ;
При сложном сочетании трех и более одновременно осуществляемых движений
дополнительное движение определяет специфику формообразования.
Скорость дополнительного движения формообразования или круговая подача Sкр
определяется по формуле:
Sкр    d3  n3 ;
где: d3  диаметр заготовки, мм  ;
nз  число оборотов заготовки, об / мин .
(2)
Рис. 1. Схема определения вектора скорости результирующего движения резания.
Многогранная форма режущей кромки приводит к изменению скорости резания на
гранях профиля резца.
V р max 
V р min 
2   max  n p
1000
2   min  n p
1000
;
(3)
;
(4)
Так как точки режущей кромки находятся во время ротационного точения на
разном удалении от оси вращения заготовки, возникает необходимость выявить
максимальную и минимальную круговые подачи:
Sкр max    d 3 max  n3 ;
(5)
Sкр min    d 3 min  n3    d д  nд ;
(6)
где: d3 max  диаметр обрабатываемой заготовки, мм  ;
d 3 min  диаметр обработанной заготовки, мм  ;
Одновременно действующие главное, вспомогательное и дополнительное движения
при данном методе точения в совокупности определяют пространственную траекторию
результирующего движения резания.
Скорость результирующего движения резания определяется по формуле:




 е   з  s  р;

 е  (0;
S kp
 S пр  n3
;0;0)  (V р  sin  ;V р  cos ;0) 
1000
1000
 S пр  n3
S kp
(
 V р  sin  ;V р  cos 
;0);
1000
1000
;0)  (
(7)
(8)


e
 (
 S пр  n3
1000
 V р  sin  ) 2  (V р  cos 
S kp
1000
)2 ;
(9)

где:  з  вектор скорости круговой подачи заготовки, [м/мин];

 s  вектор скорости продольной подачи инструмента, [м/мин];

 р  вектор скорости главного движения (движения формообразования), [м/мин];

  угол наклона между вектором скорости главного движения  и и координатной
осью у .

Так как вектор скорости главного движения  и практически во всех случаях
находится под углом к координатным осям, возникает необходимость определить угол
наклона между ними.
sin  
Skp
max
(10)
;
Исходя из расчетов и рис. 1 видно, что процесс резания происходит в одной
плоскости. Но в тоже время плоскость резания в каждый момент времени изменяет
свое расположение, перемещаясь касательно к заготовке, это является следствием
возникновения резания как выше, так и ниже оси центров.
Угол подъема винтовой траектории  связан с круговой подачей и результирующей
скорости резания следующей зависимостью [6].
cos 
V р  cos  S kp

e 1000
;
(11)
Так как различные точки режущей кромки находятся на разном удалении от оси
вращения заготовки, то согласно уравнению (11) в точках режущей кромки вектор

результирующего движения резания  е имеет различные значения по величине и углу
подъема.
При ротационном точении вектор окружной скорости резца является переменным
по величине и направлению. Во всех точках лезвия скорости  будут иметь
разнонаправленный характер, и лежать в разных плоскостях.
Выводы:
1. В процессе осуществления единичного среза происходит изменение скорости
резания за счет изменения радиус вектора режущей кромки.
2. При данном методе точения вектор скорости главного движения изменяется по
величине и направлению.
3. Отсутствует необходимость использования СОТС при обработке
конструкционных материалов.
Библиографический список
1. Ящерицын, П.И. Основы резания материалов и режущий инструмент [Текст]:
учеб./ Ящерицын, П.И. Еременко, М.Л. Жигалко, Н.И. – Мн.: «Вышэйн школа», 1975. –
528с.
2. Индаков, Н.С. Бинчуров, А.С. Исследование метода ротационного точения
многогранными резцами// Станки инструмент (СТИН). – 2013. - №6. – С. 21-24.
3. А.с. CCCР 1126375; МКИ3 В 23 В 1/00. Способ лезвийной обработки валов с
профилем “равноосный контур” / Рыжов, Э.В. Индаков, Н.С. Петровский, Э.А. и др.
Опубл. 30.11.1984г.
4. Пат.2463130 РФ, МПК В23В 27/12. Ротационный резец/ Индаков, Н.С. Гордеев,
Ю.И. Бинчуров, А.С. Опубл. 10.10.2012г.
5. Индаков, Н.С. Бинчуров, А.С. Особенности ротационного точения
многогранными резцами // Вестник машиностроения. – 2013. - №10. – С. 56-58.
6. Индаков, Н.С. Бинчуров, А.С. Особенности геометрии многогранных резцов для
ротационного точения// Вестник машиностроения. – 2013. - №11. – С. 38-41.