Курс: 1. Основы 2. Обзор групп 3. Токарная 4. Фрезерная 5. Сверление 6. Развёртывание 7. Резьба 8. Зубы/протяжка 9. Абразив 10. Современные
Модуль 3 · Базовые группы Лекция 3 / 10 ≈ 55 мин

Токарная группа инструмента

Детальный разбор инструмента для обработки тел вращения: классификация резцов, геометрия, СМП и ISO-код, державки, стружколомание, особенности ЧПУ и режимы резания.

Введение

Цель лекции

Токарная обработка — одна из самых массовых операций в машиностроении (до 40% машинного времени). Резец — базовый инструмент, на примере которого удобнее всего изучать всю теорию резания. Освоив его, вы сможете переносить знания на фрезу, сверло и любой другой инструмент.

База: если не знакомы с углами γ, α, φ, плоскостями P, N, Ps и материалами — начните с Лекции 1. Там же — общая классификация всех девяти групп (Лекция 2).
40%
доля в машиностроении
от общего машинного времени
12+
типов резцов
по назначению
10
позиций ISO-кода
пластин
IT6
достижимый квалитет
при тонком точении

1. Классификация токарных резцов

Резцы классифицируют по назначению, конструкции и направлению подачи. Базовые принципы классификации — в Лекции 1, здесь — применительно к токарной группе.

Рис. 3.1. Классификация токарных резцов Токарные резцы По назначению По конструкции По подаче Проходные Подрезные Отрезные Расточные Резьбовые Фасонные Цельные Сборные Правый Левый Унив. Основные типы по назначению Проходной Подрезной Отрезной Расточной Резьбовой Фасонный
Три независимых признака классификации и основные типы резцов.
Тип резцаОперацияПодачаУгол φПрименение
Проходной отогнутыйНаружное точениеПродольная45°Универсальный, черновой и чистовой
Проходной прямойНаружное точениеПродольная90°Жёсткие валы, ступени
ПодрезнойТорцеваниеПоперечная60–90°Обработка торцов
ОтрезнойОтрезка, канавкиПоперечная90°Отрезка заготовок
РасточнойВнутреннее точениеПродольная60–90°Отверстия Ø > 10 мм
РезьбовойНарезание резьбыПродольная (винт.)по профилюРезьбы метрические, трубные (→ Л.7)
ФасонныйКопирование профиляПоперечная—Массовое производство
ЧистовойТонкое точениеПродольная90–95°Высокое качество поверхности

2. Геометрия проходного резца

Проходной отогнутый резец — самый универсальный. Его геометрия определяет силы резания, стойкость и качество поверхности. Все углы описаны в Лекции 1 — здесь применим их к конкретному инструменту.

Рис. 3.2. Геометрия проходного отогнутого резца Изометрия Передняя пов. Главная задняя Вспом. задняя Главная кромка Вершина Вид сверху (план) Подача S φ φ₁ r (радиус) В основной плоскости P Вид сбоку (профиль) P γ α Заготовка В ортогональной плоскости Ps
Три проекции резца: изометрия, вид сверху (углы φ, φ₁), вид сбоку (углы γ, α).

Параметры геометрии и их влияние

ПараметрТипичное значениеВлияние на процесс
γ (передний угол)−5° … +15°↑γ → ↓силы резания, ↓температура, но ↓прочность кромки
α (задний главный)6° … 12°Уменьшает трение задней поверхности. ↑α → ↓стойкость
φ (главный в плане)45°, 60°, 75°, 90°↓φ → ↑толщина стружки, ↑радиальная сила, ↑вибрации
φ₁ (вспом. в плане)5° … 20°Влияет на шероховатость обработанной поверхности
λ (наклон кромки)−5° … +5°Направляет сход стружки. λ < 0 → стружка на обработанную поверхность
r (радиус вершины)0.4 … 2.5 мм↑r → ↓Ra, но ↑радиальная сила и риск вибраций
Теоретическая шероховатость: Ra ≈ f² / (32 · r), где f — подача (мм/об), r — радиус вершины (мм)
Правило выбора угла φ.
  • φ = 45° — универсальный, средняя жёсткость, хорошее отведение тепла
  • φ = 60° — черновая обработка, повышенная подача
  • φ = 75° — длинная тонкая заготовка (↓радиальная сила)
  • φ = 90° — подрезка уступа, высокая жёсткость системы
  • φ = 93° — внутреннее точение (отвод стружки от стенки)

3. Схемы токарных операций

Токарные операции различаются направлением подачи, положением инструмента и типом обрабатываемой поверхности. Сравнение с фрезерной группой — в Лекции 4.

Рис. 3.3. Основные токарные операции 1. Точение наружное n Продольная подача φ = 45–90° 2. Подрезка торца n Поперечная подача от центра к периферии 3. Отрезка n Поперечная подача b = 2–8 мм 4. Точение канавок n Канавочный резец 5. Растачивание n Внутренняя обработка Ø отв. > 10 мм 6. Нарезание резьбы n Резьбовой резец шаг = P 7. Точение конуса n Поворот суппорта на угол α/2 8. Накатывание рифлений n Безстружечная пластическая деформ.
Восемь основных токарных операций с указанием направления подачи.
Сравнение: растачивание отверстий на токарном станке vs развёртывание — см. Лекцию 6. Нарезание резьбы резцом vs метчиком — Лекция 7.

4. Стружколомание и формы стружки

Контроль стружки — ключевая задача при точении, особенно на ЧПУ. Длинная сливная стружка опасна: наматывается на заготовку, травмирует оператора, ухудшает Ra. Для её дробления применяют стружколомающие канавки на передней поверхности пластины.

Рис. 3.4. Геометрия стружколомающих канавок и формы стружки Типы стружколомающих канавок Прямая (LF) Лёгкое резание, низкие подачи Выпуклая (MP) Универсальная, средние подачи Вогнутая (HM) Тяжёлое резание, высокие подачи Отриц. фаска (T) Прерывистое, усиление кромки Скругл. кромки (E) E = 0.02–0.05 мм Чистовая обработка Формы стружки по ISO 3685 Сливная (L) Пластичные материалы ⚠ Опасна! Спиральная (H) Средние V и f ✓ Приемлема Стружк. лом. (LN) Среднеуглер. стали ✓ Хорошо Шпилька (P) Отличные стружко-ломы ✓ Отлично Элементная (E) Хрупкие материалы ✓ Отлично Мелкая (N) Высокие V, хрупкие ✓ Идеально
Сверху — профили канавок; снизу — формы стружки по ISO 3685.
Зависимость формы стружки от режимов.
Сливная (опасно)
Высокая V, малая f, пластичный материал, γ > 10°
Элементная / шпилька
Средняя V, увеличенная f, стружколом, λ < 0
Методы борьбы
Стружколом, отриц. γ, ↑подача, ↓скорость

5. СМП и ISO-кодировка пластин

Современные токарные резцы работают со сменными многогранными пластинами (СМП). Каждая пластина имеет до 8 режущих кромок и стандартизирована по ISO 1832. Код из 10 позиций полностью описывает пластину. Подробнее о материалах пластин и покрытиях — в Лекции 10.

Рис. 3.5. Структура ISO-кода пластины (10 позиций) C 1. Форма N 2. α° G 3. Допуск M 4. Стружк. 12 5. Размер 04 6. Толщина 08 7. Радиус A 8. Кромка N 9. Заточка R 10. Напр. Пример: CNMG 120408 — универсальная токарная пластина C — Форма пластины: ромб 80° Наиболее распространённая форма. 2 режущие кромки. N — Задний угол: 0° Пластина с нулевым задним углом. Требует державку с α = 20°. G — Допуск: средний (±0.13 мм) Прессованная пластина (не шлифованная). Экономичная. M — Тип стружколома: с отверстием + стружколом Отверстие для винтового крепления + канавки

Позиция 1: Формы пластин

Основные формы пластин по ISO 1832 R Круглая ∞ кромок O 8-гранная 8 кромок H 6-гранная 6 кромок S Квадратная 4 кромки C Ромб 80° 2 кромки D Ромб 55° 2 кромки T Треугольник 3 кромки A Параллел. 2 кромки Число кромок определяет экономичность: чем больше — тем дешевле эксплуатация

Позиции 5–7: размеры пластины

КодIC, ммПрименение
066.35Миниатюрная обработка, малые станки
088.00Чистовая и получистовая обработка
099.525Универсальная, средняя обработка
1010.00Универсальная обработка
1212.70Черновая обработка, большие подачи
1615.875Тяжёлое черновое точение
1919.05Особо тяжёлое точение
2525.40Крупногабаритное оборудование
Пример расшифровки: CNMG 120408-MA → ромб 80°, α=0°, допуск G, с отв. и стружколомом, IC=12.7 мм, толщина 4.76 мм, r=0.8 мм, заточка M, стружколом MA

Позиции 8–10: заточка кромок и направление

ПозицияКодЗначениеПрименение
8 — Заточка кромкиEЗаводская заточкаЧистовая обработка
FОстрая кромкаЦветные металлы, алюминий
TФаска 0.05–0.3 ммПрерывистое резание, чугуны
SРадиус 0.02–0.05 ммУниверсальное применение
9 — ЗаточкаNБез заточкиПрессованные пластины
AЗаточка всех кромокШлифованные пластины
MЗаточка только вершинЭконом-вариант
10 — Направ. резанияRПравый (стружка влево)Универсальное
LЛевый (стружка вправо)Специальные случаи
NНейтральноеОбе стороны одинаковы

6. Державки и системы крепления СМП

Державка — это корпус резца, который закрепляет пластину в рабочей позиции. От системы крепления зависят: жёсткость, точность позиционирования, возможность быстрой смены.

Рис. 3.6. Системы крепления СМП в державках Винтовое (C) Простая, надёжная Пластина с отв. Верхний прихват (P) Быстрая смена Без отв. в пластине Рычажное (M) Высокая жёсткость Открытая зона резания Клин-рычаг (S) Максимальная жёсткость Тяжёлое резание ISO-кодировка державки (пример: PCLNL 2020K 12) P — Система крепления: рычажная (M) C — винтовая, P — верхний прихват, M — рычажная, S — клин-рычажная C — Форма пластины: ромб 80° Должна совпадать с позицией 1 кода пластины L — Угол в плане державки: 95° C — 80°, D — 60°, E — 75°, F — 45°, G — 60°, H — 90°, J — 93°, K — 75°, L — 95° N — Направление подачи: левое R — правое, L — левое, N — нейтральное 2020 — Сечение державки: 20×20 мм Стандартные: 1010, 1212, 1616, 2020, 2525, 3232, 4040 K — Длина державки: 125 мм A — 100, B — 125, C — 150, D — 175, E — 200, F — 250, G — 300, H — 350, K — 125
СистемаКод ISOЖёсткостьСкорость сменыПрименение
ВинтовоеCСредняяНизкаяЧистовая обработка, малые нагрузки
Верхний прихватPСредняяВысокаяУниверсальное, без отв. в пластине
РычажноеMВысокаяВысокаяЧерновое, прерывистое резание
Клин-рычажноеSОчень высокаяСредняяТяжёлое черновое, высокие подачи
КомбинированноеA, D, TВысокаяСредняяСпециальные случаи

7. Инструмент для станков с ЧПУ

Станки с ЧПУ предъявляют особые требования к инструменту: высокая жёсткость, быстрая смена, точность позиционирования, предсказуемая стойкость. Современные модульные системы (Capto, HSK-T) — в Лекции 10.

Рис. 3.7. Инструментальная система ЧПУ-токарного станка Револьверная головка с инструментом T1 Черновой T2 Чистовой T3 Отрезной T4 Расточной T5 Резьбовой T6 Канавочный T7 Фасонный T8 Подрезной Требования к ЧПУ-инструменту Жёсткость Высокая точность позиционирования Быстрая смена СМП за 30 сек Без переналадки Стойкость Предсказуемый износ Контроль по VB Стружколомание Автоматический отвод стружки
Особенности ЧПУ-инструмента.
  • Предварительная настройка вне станка (на предустановочном приборе)
  • RFID-метки в державке для передачи данных в ЧПУ
  • Модульные системы (Coromant Capto, HSK-T, KM) — см. Лекцию 10
  • Мониторинг износа в реальном времени по силам резания
  • Компенсация износа через управляющую программу
  • Системы охлаждения через инструмент (coolant-through)

8. Режимы резания при точении

Режимы резания определяют производительность, стойкость инструмента и качество обработки. Основные параметры: скорость резания V, подача S и глубина резания t.

Рис. 3.8. Режимы резания при точении n (об/мин) V (м/мин) t (мм) S (мм/об) D — диаметр заготовки Основные формулы V = π·D·n / 1000 (м/мин) n = 1000·V / (π·D) (об/мин)
Материал заготовкиПластинаV, м/минS, мм/обt, мм
Сталь низкоуглеродистаяP15–P25 (ТК)180–3000.2–0.61–5
Сталь нержавеющаяM15–M2580–1500.15–0.40.5–3
Чугун серыйK10–K20 (ВК)120–2500.2–0.81–5
Алюминиевые сплавыN10 (PCD)500–20000.1–0.50.5–3
Титановые сплавыS10–S2030–800.1–0.30.5–2
Закалённая сталь (HRC 55+)H10 (CBN)100–2500.1–0.30.1–0.5
Стойкость инструмента (уравнение Тейлора): T = Cᵥ / (Vᵐ · Sʸ · tᵏ), где Cᵥ — коэффициент, m ≈ 0.2–0.4, y ≈ 0.3–0.5, k ≈ 0.1–0.2
Влияние параметров на стойкость. Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания V (показатель m), затем подача S (y), и наименьшее — глубина t (k). Поэтому при необходимости повышения производительности сначала увеличивают t, затем S, и только в последнюю очередь — V.

Заключение

Что нужно запомнить

  1. Токарные резцы классифицируются по назначению, конструкции и направлению подачи.
  2. Геометрия резца (γ, α, φ, φ₁, λ, r) определяет силы резания, стойкость и качество поверхности.
  3. Контроль стружки — критическая задача. Применяют стружколомающие канавки различных профилей.
  4. ISO-код из 10 позиций полностью описывает пластину: форму, углы, допуски, размеры, заточку.
  5. Системы крепления СМП: винтовое (C), верхний прихват (P), рычажное (M), клин-рычажное (S).
  6. ЧПУ-инструмент требует высокой жёсткости, быстрой смены и предсказуемой стойкости.
  7. Режимы резания выбирают по справочникам с учётом материала заготовки и пластины.
Контрольные вопросы
  1. Назовите основные типы токарных резцов и их назначение.
  2. Как влияет угол φ на радиальную силу и вибрации?
  3. Запишите формулу теоретической шероховатости.
  4. Какие типы стружколомов применяются для различных условий?
  5. Расшифруйте код пластины CNMG 120408.
  6. Чем отличаются системы крепления C, P, M, S?
  7. Какие требования предъявляются к ЧПУ-инструменту?
  8. Какой параметр режимов резания сильнее всего влияет на стойкость?
  9. Как выбрать угол φ для тонкого вала?
  10. Что означает ISO-код державки PCLNL 2020K 12?
Все лекции ↑ В начало