Курс: 1. Основы 2. Обзор групп 3. Токарная 4. Фрезерная 5. Сверление 6. Развёртывание 7. Резьба 8. Зубы/протяжка 9. Абразив 10. Современные
Модуль 1 · Основы Лекция 1 / 10 ≈ 45 мин

Введение в теорию резания
и классификация инструмента

Режущий клин, углы в статике и кинематике, система координатных плоскостей, группы инструмента и материалы режущей части.

Введение

Цель лекции

Освоить единый «язык геометрии», на котором описывается любой режущий инструмент: от однолезвийного резца до многозубой фрезы. Без этого невозможно читать чертежи инструмента, выбирать режимы и анализировать причины брака.

Что разберём

  • Поверхности и кромки клина
  • Углы γ, α, β, φ, φ₁, λ
  • Плоскости P, N, Ps
  • 9 технологических групп
  • Материалы и область их применения

Нормативная база

  • ГОСТ 25762-83
  • ГОСТ 25761-83
  • ISO 3002
  • ISO 1832 / ISO 13399
См. также: полный обзор всех девяти групп инструмента — в Лекции 2. Детальный разбор токарной группы — в Лекции 3.

1. Элементы режущего клина

Режущая часть — это клин, образованный пересечением передней и задней поверхностей. Место их пересечения образует режущую кромку. Эти же элементы встречаются у любого инструмента: резца, фрезы, сверла.

Рис. 1.1. Элементы режущего клина резца Передняя поверхность Главная задняя поверхность Вспом. задняя Главная режущая кромка Вершина Штанга (державка)
Изометрическая схема: поверхности, кромки и вершина клина.

Передняя поверхность

По ней сходит стружка. Здесь происходит основная деформация срезаемого слоя.

Главная задняя

Обращена к обрабатываемой поверхности. Между ней и заготовкой — трение и износ.

Вспомогательная задняя

Обращена к уже обработанной поверхности, формирует рельеф следа.

Режущие кромки

Главная снимает основной припуск; вспомогательная — доформировывает поверхность.

2. Углы режущего клина

Рис. 1.2. Углы клина в ортогональном сечении P N γ α β Заготовка γ + α + β = 90° | δ = α + β = 90° − γ
γ — передний, α — задний, β — угол заострения, δ — угол резания.
Обозн.НазваниеОпределяется междуТиповой диапазон
γПередний уголПередней поверхностью и плоскостью P−10 … +25°
αГлавный заднийГлавной задней поверхностью и плоскостью N6 … 12°
βУгол заостренияПередней и главной задней поверхностями55 … 85°
δУгол резанияПередней поверхностью и плоскостью N90° − γ
φГлавный в планеПроекцией главной кромки и направлением подачи45 … 95°
φ₁Вспомогательный в планеПроекцией вспомогательной кромки и подачи5 … 30°
λНаклон кромкиГлавной кромкой и плоскостью P−6 … +6°
Важно: не перепутать связи. Сумма трёх углов клина равна 90°: γ + α + β = 90°. Угол резания — это δ = α + β = 90° − γ, а не сумма всех трёх.
Почему кинематические углы отличаются от статических

Статические углы задаются на чертеже инструмента при нулевой подаче и вершине точно на оси заготовки. При реальной подаче вектор главного движения складывается с вектором подачи, и плоскость резания поворачивается:

αₑ ≈ α − μ, γₑ ≈ γ + μ, где tg μ ≈ S / (π·D)

Дополнительно, если вершина резца установлена выше оси заготовки на величину h, передний угол увеличивается, а задний уменьшается:

Δ ≈ arcsin(h / R)

Поэтому у расточных резцов и при точении малых диаметров требуется увеличенный запас по заднему углу. Подробнее — в Лекции 3.

3. Система координатных плоскостей

Угол имеет смысл только вместе с плоскостью, в которой он измерен. В ортогональной системе используют три плоскости.

Рис. 1.3. Плоскости P, N и Ps P N Ps Режущая кромка P ⊥ V | N ⊃ V и касательна к кромке | Ps ⊥ проекции кромки на P

P — основная

Перпендикулярна вектору скорости главного движения. Здесь измеряют φ, φ₁ и λ.

N — резания

Содержит вектор скорости и касательную к кромке. Здесь измеряют главный задний угол α.

Ps — ортогональная

Перпендикулярна проекции главной кромки на P. Здесь измеряют γ и главный угол β.

4. Классификация инструмента

Три независимых признака: конструкция (цельный / сборный / со СМП), назначение (технологическая группа) и направление подачи (осевая / радиальная). Ниже — краткая сводка, подробный разбор каждой группы — в Лекции 2.

ГруппаОбрабатываемая поверхностьТипичный инструментКвалитет
ТокарнаяТела вращенияРезцыIT7–IT12
ФрезернаяПлоскости, пазы, 3DФрезыIT8–IT12
СверлильнаяПервичное отверстиеСвёрлаIT11–IT14
ЗенкернаяПолучистовое отверстиеЗенкерыIT9–IT10
РасточнаяТочное отверстие + осьРасточные оправкиIT6–IT8
РазверточнаяЧистовое отверстиеРазвёрткиIT7–IT9
РезьбоваяРезьбовой профильМетчики, плашки, фрезыIT6–IT8
ЗуборезнаяЗубчатый венецФрезы-долбякиIT7–IT9
ПротяжнаяПрофиль, шлицыПротяжкиIT7–IT9
АбразивнаяФиниш любой геометрииКруги, бруски, притирыIT5–IT7

Квалитеты и Ra — ориентировочные для нормальной работы исправного инструмента. Фактический результат всегда определяется жёсткостью системы СПИД и настройкой станка.

5. Материалы режущей части

Главный компромисс: чем тверже и термостойче материал, тем ниже его ударная вязкость. Современные покрытия и новые материалы подробно рассмотрены в Лекции 10.

МатериалТвёрдостьРабочая TКуда применять
Углеродистая / легированная60–65 HRC200–350 °CРучной инструмент, метчики, развёртки
Быстрорежущая (HSS)63–68 HRC550–650 °CСложный профиль, свёрла, протяжки
ВК (WC + Co)88–92 HRA800–1000 °CЧугун, цветные металлы
ТК / ТТК89–92 HRA800–1000 °CСталь, в т.ч. прерывистое резание
Керамика, керамет91–94 HRA1100–1200 °CВысокоскоростное чистовое точение
PCD (поликрист. алмаз)≈10000 HVдо 700–800 °CАлюминий, композиты, пластик
CBN (КНБ)≈8000 HV1200–1400 °CЗакалённая сталь ≥ 45 HRC, чугун
Памятка по ISO 513: P — стали (синий), M — нержавейки (жёлтый), K — чугуны (красный), N — цветные (зелёный), S — жаропрочные (оранжевый), H — закалённые (коричневый).
Не путать PCD и CBN. Алмаз нельзя применять на сталях: при резании идёт диффузия углерода в железо. Для закалённых сталей — CBN. Для алюминия — PCD (на CBN алюминий не работает).

Заключение

Что нужно запомнить

  1. Любой инструмент описывается геометрией клина: передняя, задняя поверхности и кромка.
  2. γ + α + β = 90°, а δ = α + β.
  3. Угол без координатной плоскости не определён.
  4. Материал выбирают по паре «материал заготовки — условия резания», а не по максимальной твёрдости.
Контрольные вопросы
  1. Назовите поверхности и кромки режущего клина.
  2. В какой плоскости измеряют передний угол?
  3. Запишите связь γ, α, β и δ.
  4. Почему кинематический задний угол меньше статического?
  5. Чем отличаются ВК и ТК?
  6. Почему для закалённой стали берут CBN, а не PCD?
Все лекции ↑ В начало