Технология машиностроения - часть 7

 

6 

Построение диаграмм в логарифмических и обычных координатах.  

7 

Расчет показателя степени n и коэффициента C. 

8 

Построение диаграммы y = f (F) в декартовых координатах. 

9 

Определение нагрузок при нагружении вручную и определение погрешности закрепления.  

10 

Заполнение табл. 6.2.  

11 

Выводы. 

 

6.2   Измеренные и расчетные параметры погрешности  

закрепления образцов 

 

Усилие за-

крепления, 

кгс 

Деформа-

ции сты-

ка, мм 

Показатели инди-

катора динамо-

метра при  

ручном закрепле-

нии 

 F

max 

 F

min 

 Y

max 

Y

mi

n 

Погрешность 

закрепления 

ε

3

, мм 

1 

2 3 4 5 

6 

1.3   ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ  
НАСТРОЙКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 

 
Механическая обработка заготовок на металлорежущих станках может быть разделена на три этапа 

– установка обрабатывания заготовок, статическая настройка технологической системы «станок – при-
способление – инструмент – деталь»,  динамическая  настройка  технологической  системы.  В  процессе 
выполнения каждого из этих этапов появляются погрешности, которые можно разделить на три группы: 
1) погрешности установки заготовок; 2) погрешности настройки технологической системы; 3) погреш-
ности,  вызываемые  непосредственно  процессом  обработки,  к  которым  относятся:  погрешности,  вызы-
ваемые размерным износом режущих инструментов; погрешности, вызываемые упругими деформация-
ми  технологической  системы  под  влиянием  силы  резания;  погрешности  обработки,  возникающие 
вследствии геометрической неточности станка; погрешности обработки, вызываемые температурными 
деформациями технологической системы. При обработке на станках с ЧПУ дополнительно возникают 
погрешности позиционирования элементов системы и отработки программ управления. Суммарная по-
грешность отработки заготовок на настроенных станках определяют по уравнению 

∑ ∆

+

∆

+

∆

+

∆

+

∆

+

ε

=

∆

ε

по

2

2

2

2

2

3

3

t

u

y

i

y

. 

После определения суммарной погрешности 

∆

ε

 проверяют условие обработки детали без брака 

∆

ε 

≤ T

d 

, 

 
где T

d

 – допуск на операционный размер. 

 

Лабораторная работа 7 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАЗМЕРНОГО  
ИЗНОСА РЕЗЦА ОТ ПУТИ РЕЗАНИЯ 

 
Цель работы: экспериментально установить закономерности износа резца от пути резания и режи-

мов резания при токарной обработке заготовок на настроенных станках. 

 

Методические указания 

 
Во время резания происходит изнашивание режущего инструмента. На рис. 7.1 показаны наиболее 

часто встречающиеся виды изнашивания токарного резца. 

 

 

                               а)                                    б)                             в)       

 

Рис. 7.1   Схема видов изнашивания режущего клина: 

а – формы износа: 1 – лункообразный износ на передней грани; 2 – износ задней грани у главной режу-

щей кромки; 3 – износ задней грани у вспомогательной  

режущей кромки; б – износ по задней грани в сечении DЕ; в – лункообразный  

износ в сечении DЕ; h

1

 – глубина лунки; h

3 

– площадка износа; c – ширина лунки 

 
Режущий клин изнашивается по  передней поверхности (лункообразный износ), по задней поверх-

ности и вспомогательной задней поверхности. Два первых вида изнашивания принимаются в качестве 
критериев  стойкости.  Окислительный  износ  на  вспомогательной  задней  поверхности  имеет  второсте-
пенное значение. 

Причинами изнашивания режущего инструмента являются: повреждение режущей кромки, проис-

ходящее вследствие механических и термических перенапряжений; адгезия (срез на местах схватывания 
под нагрузкой); диффузия; механическое изнашивание; тепловое изнашивание (угарание металла). 

Повреждения  режущей  кромки  такие,  как  сколы,  продольные  и  поперечные  трещины,  наступают 

при механических или термических перегрузках. Большие силы резания вызывают сколы на режущей 
кромке или на вершине резца в том случае, когда угол клина или угол при вершине инструмента слиш-
ком мал, либо использован хрупкий режущий материал. Сколы могут быть вызваны прерывистым реза-
нием, например, при обработке вязких материалов, когда образуется нарост на режущем клине резца. 

Механическое (абразивное) изнашивание характеризуется отрывом частей режущего материала, ко-

торые уносятся под влиянием внешних сил. Причиной изнашивания могут служить твердые включения 
в материале, такие как карбиды и частицы окисных пленок, возникающих под действием высоких дав-
лений и температур. 

Адгезионный  износ  связан  с  процессами  схватывания  (сваривания)  отдельных  микроучастков  по-

верхности «инструмент-стружка» под воздействием высоких давлений и температуры при непрерывном 
перемещении стружки по инструменту. Адгезионный износ особенно возрастает при скоростях резания, 
способствующих наростообразованию. При малых скоростях резания нарост не образуется, при увели-
чении скорости резания до 10 … 20 м/мин происходит интенсивное наростообразование, при дальней-
шем повышении скорости резания нарост не образуется. 

Диффузионный износ связан с взаимной диффузией при высоких температурах и деформациях от-

дельных элементов обрабатываемого материала и инструмента (углерода, вольфрама, кобальта). 

Окислительный износ возникает у инструментов из высокотеплостойких материалов и представляет 

собой «угорание» частиц режущего клина в примыкающих к контактной зоне его участка. На вспомога-
тельных 

режущих 

кромках 

«угорание» 

начинается 

только 

при 

температуре  

700 … 800 

°С и выше, характерное для твердых сплавов. 

В  зависимости  от  условий  резания  износ  инструмента  определяется  комбинацией  основных  его 

причин. 

 

D 

E 

h

3 

 

Износ режущего инструмента при работе на настроенных станках по методу автоматического полу-

чения  размеров  приводит  к  возникновению  погрешностей  формы  и  размера  обрабатываемых  деталей. 
Этот  износ  называют  размерным  износом  режущего  инструмента.  Размерный  износ  И

р

  измеряется  на 

вершине инструмента в направлении нормали к обрабатываемой поверхности (рис. 7.2). 

Изнашивание инструмента в зависимости от пути резания характеризуется кривой, приведенной на 

рис. 7.3. 

Процесс изнашивания можно разделить на три периода, первый период (отрезок ОА) характеризу-

ется активным изнашиванием в связи с приработкой инструмента. Второй период (отрезок АВ) – период 
нормального  изнашивания,  когда  наблюдается  примерно  прямолинейная  зависимость.  Третий  период 
(отрезок  ВС)  характеризуется  резким  возрастанием  износа,  за  которым  следует  разрушение  режущей 
кромки. Износ инструмента по окончании второго периода называют предельно допустимым износом 
(И

пр

). На втором участке кривой размерного износа его интенсивность характеризуется значением тан-

генса угла наклона кривой к оси абсцисс, называемым относительным (удельным) износом И

0

. Относи-

тельный износ выражают в микрометрах на один километр пути резания (мкм/км). 

 

км

мкм

,

И

tg

И

0

Z

Z

L

a

=

=

,                                      (7.1) 

где И

Z

 – износ инструмента за период нормального износа. 

В  период  приработки  зависимость  износа  от  пути  резания  определяется  степенной  функцией;  для 

упрощения расчета размерного износа кривую на этом участке заменяют прямой, а точка а отсекает на 
оси ординат величину И

н

, которая характеризует износ за период приработки. 

При технологических расчетах точности обработки, зная величину износа режущего инструмента, 

можно определить погрешность обработки, обусловленную размерным износом. 

Размерный износ режущего инструмента можно определить по формуле 

мкм

,

10

И

И

И

6

0

н

р

L

+

=

,                                    (7.2) 

где И

н

 – износ за период приработки, мкм; L – путь резания, м; И

0

 – относительный износ, мкм/км. 

Величина относительного износа зависит от метода обработки, физико-механических свойств обра-

батываемого материала и материала режущего инструмента, вида и количества СОЖ и других факторов. 
С повышением твердости обрабатываемого материала относительный износ возрастает. 

Из режимов резания наибольшее влияние на относительный износ (И

0

) оказывает скорость резания. 

При обработке серого чугуна, углeродистой и легированной стали наименьшая величина И

0

 наблюдает-

ся при скоростях резания V = 100 ... 200 м/мин. С увеличением скорости резания износ увеличивается. В 
зоне малых скоростей относительный износ заметно возрастает. 

С увеличением подачи от 0,1 до 0,3 мм/об И

0

 увеличивается на 20 ... 50 %. С увеличением глубины 

резания 

от 0,3 до 1,5 мм 

износ 

возрастает  

на 50 %. 

Увеличение заднего угла с 8 до 15

° в зоне высоких скоростей приводит к росту И

0

 на 30 %, в зоне 

средних скоростей нередко приводит к уменьшению И

0

. Передний угол и другие геометрические пара-

метры влияют на И

0

 незначительно. 

7.1   Значения начального И

н

 и относительного И

0

 износов 

 

Обрабатывае-

мый материал 

Материал ре-

жущего инст-

румента 

Начальный 

износ, мкм 

Относи-

тельный из-
нос, мкм/км

Сталь углероди-
стая  и  легиро-
ванная 

Т15К6 
Т30К4 
Т5К10 

2 ... 8 

4 ... 10 
8 ... 13 

Серый чугун 

ВК4, ВК8 

  3 ... 10 

3 ... 12 

Сталь углероди-
стая и легиро-
ванная, зака-

Минералоке-
рамические 
пластины  ЦМ 

 
 

10 

 
 

8 

 

ленный чугун 332 

Эльбор 

– 0,003 

 
Влияние обрабатываемого материала и материала режущего инструмента на значение величин И

н 

и 

И

0

 определенные экспериментального, приведены в табл. 7.1. 

Уменьшить  влияние  размерного  износа  на  точность  обработки  резанием  можно  периодической 

подналадкой станка за время стойкости инструмента. Этот метод применим для инструментов, допус-
кающих  корректировку  настроечного  размера  изменением  расстояния  между  заготовкой  и  режущей 
кромкой (резцов, фрез и др.), а также для инструментов, имеющих регулировку (раздвижные развертки, 
борштанги). 

 

Оборудование, приборы, инструмент 

 
В лабораторной работе используются токарно-винторезный станок 1М61, резцы токарные проход-

ные из быстрорежущей стали (Р6М5, Р9, Р18) и с пластинами из твердого сплава Т15К4 (Т30К4) и син-
тетических твердых материалов (композит 01, 05, 10). 

Для обточки используются цилиндрические заготовки 

∅50 ... 100 мм из стали 45 (НВ 180 ... 220). 

Измерение размерного износа инструмента производится на универсальном, измерительном микро-

скопе УИМ-21. Основные данные: пределы измерения длин в продольном направлении – 0 ... 200 мм; в 
поперечном направлении 0 … 100 мм; цена наименьшего деления спирального окулярного микрометра 
– 0,001 мм; допускаемая погрешность измерения 0,001 мм. 

Универсальный  измерительный  микроскоп  состоит  из  следующих  основных  частей:  основания, 

продольной и поперечной кареток, визирного микроскопа, колонки осветительного устройства и штри-
ховой окулярной головки. Основанием прибора служит станина 1 (рис. 7.4), несущая на себе продоль-
ную каретку 2, на которую устанавливают измеряемое изделие и поперечную каретку 3. Измерительные 
каретки имеют тормозные винты 4 и 5. При отжатых винтах каретки легко перемещаются вдоль направ-
ляющих 6 и 7. Эти перемещения используют для грубого проведения измеряемого участка под микро-
скоп. Точную наводку осуществляют микрометрическими винтами 8 и 9 при зажатых винтах 4 и 5. Не-
обходимо следить, чтобы микрометрические винты точной наводки были установлены в среднее поло-
жение (на втулке винта среднее положение отмечено белым штрихом). 

Вместе с поперечной кареткой 3 перемещается визирный микроскоп 10 и осветительное устройст-

во.  Визирный  микроскоп  служит  для  точной  наводки  на  измеряемое  изделие.  Микроскоп  вместе  с 
кронштейном 11 перемещается вдоль колонки 12: грубое перемещение осуществляется вращением ма-
ховика 13, точное – вращением накатанного кольца 14. 

Со  станиной  жестко  связаны  отсчетные  микроскопы  15  и  16.  Отсчетные  микроскопы  со  спираль-

ными окулярными микрометрами предназначены для отсчета линейных величин в продольном и попе-
речном направлениях. В поле зрения каждого микроскопа одновременно видны изображения двух-трех 
штрихов миллиметровой шкалы (рис. 7.5), неподвижной шкалы десятых долей миллиметра с делениями 
от 0 до 10, круговой шкалы для отсчета сотых и тысячных долей миллиметра и двойных винтов спира-
ли. Штрихи миллиметровой шкалы обозначены крупными цифрами (45, 46, 47, и т.д.). Указанием для 
отсчета  миллиметров  служит  изображение  штриха  миллиметровой  шкалы,  который  в  момент  отсчета 
находится в интервале между нулевым и десятым делениями шкалы.