1. SPRAWDZANIE GEOMETRII NOŻY TOKARSKICH

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i geometrią typowych noży tokarskich oraz z metodami pomiaru kątów ostrza.

1. Przegląd noży tokarskich

1. Noże jednolite

Noże jednolite wykonywane są ze stali szybkotnącej (rys.1.1) lub jako lutowane z płytkami z węglików spiekanych (rys.1.2).

Typowe kształty noży oraz możliwe przypadki posuwów wg Polskiej Normy przedstawia rys. 1.3.

2. Noże składane

Noże składane zbudowane są z korpusu (trzonka) i płytki wieloostrzowej mocowanej mechanicznie. Rozwiązania konstrukcyjne noży produkowanych w Polsce na licencji szwedzkiej firmy SECO TOOLS AB przedstawia rys. 1.4 i 1.5. W pierwszym przypadku (rys. 1.4) płytka skrawająca mocowana jest poprzez docisk łbem śruby, w drugim (rys. 1.5) płytka zaopatrzona w otwór zamocowana jest na kołku poprzez docisk odpowiednio ukształtowanym klinem ze śrubą dociskową.

Zaletą noży składanych jest brak konieczności ich ostrzenia. Przywrócenie własności skrawnych noża polega na przestawieniu zużytej krawędzi skrawającej płytki na nową lub na wymianie całkowicie zużytej płytki na nową. Dokładność wykonania elementów bazowych gniazda płytki i samej płytki zapewnia powtarzalność jej mocowania i przywrócenie dokładnej geometrii noża. W praktyce nie ma więc potrzeby wykonywania pomiarów noży składanych.

2. Geometria noży tokarskich

Geometrię noża tokarskiego rozpatruje się w pewnych charakterystycznych przekrojach następującymi płaszczyznami przechodzącymi przez rozpatrywany punkt krawędzi skrawającej M (rys.1.6):

• P_r - płaszczyzna podstawowa równoległa do płaszczyzny podstawy noża

• P_s - płaszczyzna krawędzi skrawającej styczna do krawędzi skrawającej i prostopadła do płaszczyzny podstawowej P_r

• P_o - płaszczyzna przekroju głównego prostopadła do płaszczyzn P_r i P_s

• P_f - płaszczyzna boczna równoległa do zamierzonego kierunku posuwu i prostopadła do P_r

• P_p - płaszczyzna tylna prostopadła do P_r i P_f

• P_n - płaszczyzna normalna prostopadła do krawędzi skrawającej

Rysunek 1.7 przedstawia geometrię noża tokarskiego prostego w płaszczyźnie przekroju głównego P_o w rzucie perspektywicznym. Pełną geometrię narzędzia na przykładzie noża bocznego wygiętego zestawiono na rys.1.8. Na rys.1.9. pokazano geometrię noża przecinaka dla przypadku ogólnego, gdy kąt κ_r≠0^o (rys.1.9a) oraz dla przypadku najczęściej występującego w praktyce, gdy κ_r=0^o (rys.1.9b). W obu tych przypadkach przyjmuje się kąt λ_s=0^o.

Podstawowymi kątami opisującymi geometrię noża tokarskiego są α_o, γ_o, κ_r i λ_s. Pozostałe kąty można wyznaczyć stosując tzw. metodę złożonego przekroju. Poniżej wyznaczono przykładowo zależność pomiędzy kątami natarcia w przekrojach P_o, P_f i P_p dla noża wygiętego (rys.1.10).

Na podstawie rys.1.10 można wyznaczyć następujące związki:

BB' = BB''' + B'''B'

BB' = AA' + B'''B'

BM tgγ_o = AM tgγ_f + AB tgγ_p

Pozostałe związki między kątami przyłożenia i natarcia, w różnych płaszczyznach odniesienia, zestawiono w tabeli 1.1.

1. Pomiary noży tokarskich

1. Pomiar kątów ostrza wzorcami kątów

Pomiar kąta ostrza noża tokarskiego z użyciem wzorców kątów (rys.1.11) polega na przyłożeniu wzorca do powierzchni ostrza lub krawędzi skrawającej i ocenie szczeliny pomiarowej. Szerokość tej szczeliny, zależna od tolerancji wykonania mierzonego kąta, powinna być minimalna.

2. Pomiar kątów ostrza kątomierzami

Kąty ostrza noży tokarskich sprawdza się kątomierzami uniwersalnymi, zegarowymi, optycznymi lub przyrządami specjalnymi. Te ostatnie, ze względu na swą specjalną konstrukcję, są przyrządami najwygodniejszymi do wykonywania pomiaru. Na rys.1.12 przedstawiono kątomierz stolikowy IOS (Instytut Obróbki Skrawaniem w Krakowie). Na podstawie 8 znajduje się kolumna 4 z nakrętką 5 i korpusem kątomierza obrotowego 6. Poprzez obrót nakrętki można przesuwać kątomierz w górę lub w dół kolumny. Kątomierz posiada ramię z dwiema wzajemnie prostopadłymi krawędziami mierniczymi. W zależności od potrzeb jedną lub drugą krawędź opiera się o powierzchnię przyłożenia, natarcia lub o krawędź skrawającą. W rowkach wzdłużnych „a” lub poprzecznych „b” płyty pomiarowej 1 umieszczone są kątomierze poziome: pomocniczy 2 i rzutujący 3. Przy pomocy tych kątomierzy można zmierzyć kąt κ_r (rys.1.13a). Po zmierzeniu kąta κ_r usuwa się kątomierz pomocniczy. Pomiary kątów przyłożenia lub natarcia wykonuje się kątomierzem obrotowym 7 (rys.1.13c,d). Nóż ustawia się przy pomocy kątomierza poziomego rzutującego tak, aby płaszczyzna noża (np. P_o w przypadku pomiaru kątów α_o i γ_o) znajdowała się w płaszczyźnie pomiarowej kątomierza pionowego.

Znacznie szybciej pomiaru geometrii można dokonać na kątomierzu stolikowym EN szwajcarskiej firmy Elektro-Norm). Wadą kątomierza jest ustawianie noża w sposób przybliżony bez możliwości użycia kątomierzy poziomych. Jednak popełniany błąd pomiaru na skutek przybliżonego ustawienia noża jest na ogół niewielki, mieszczący się w założonej tolerancji wykonania mierzonych kątów. Nóż ustawia się na obrotowym stoliku 7 (rys.1.14). Mierząc kąty przyłożenia lub natarcia z użyciem krawędzi mierniczej kątomierza obrotowego 5 należy pamiętać o ustawieniu ramienia wychylnego 4 w pozycji zerowej. Nóż należy orientować tak, aby płaszczyzna przekroju (np. P_f), w której znajdują się mierzone kąty (w tym przypadku α_f i γ_f), pokrywała się z płaszczyzną pomiarową wyznaczaną przez kątomierze 3 i 5. Przy użyciu kątomierza EN nie można zmierzyć kątów w przekroju normalnym P_n. Zaletą tego kątomierza jest możliwość równoczesnego pomiaru kąta natarcia za pomocą kątomierza obrotowego 5 i kąta przyłożenia za pomocą promieniowo wychylnego ramienia 4, na którym osadzono kątomierz obrotowy.

Do szybkiego pomiaru kątów (z wyjątkiem kątów w przekroju płaszczyzną P_n) można zastosować kątomierze Martynowa (rys.1.15) lub KN-4 (rys.1.16). Na kątomierzu KN-4 nóż ustawia się na płycie pomiarowej 1 orientując mierzoną płaszczyznę w płaszczyźnie pomiarowej kątomierza w sposób przybliżony. Po ustawieniu noża należy oprzeć samonastawną prostopadłościenną końcówkę pomiarową 3 o mierzoną powierzchnię przyłożenia lub natarcia (patrz rys.1.16) i odczytać wartość sprawdzanego k --> [Author:TS] ąta na tarczy z podziałką 4.

Na kątomierzu Martynowa (rys. 1.15) nóż opiera się powierzchnią boczną trzonka o bazę oporową, którą stanowi metalowy klocek umieszczony wzdłuż kątomierza. Płaszczyznę pomiarową orientuje się wykorzystując kątomierz poziomy obracając go wokół kolumny na żądaną wartość kąta. Zasada odczytu wartości mierzonego kąta jest identyczna jak dla kątomierza KN-4.

Pomiar kątów na kątomierzu C8-WD polega ustawieniu noża w sposób przybliżony na stoliku 2 (rys. 1.17), przemieszczeniu go wzdłużnie po prowadnicy stolika 2, poprzecznym przesunięciu czujnika 3 tak, aby końcówka pomiarowa 4 mogła stycznie oprzeć się o mierzoną płaszczyznę przyłożenia lub natarcia, co powoduje jej obrót wokół własnej osi. Wraz z końcówką pomiarową obraca się zamocowana sztywno na jej osi podziałka kątowa wskazując wartość sprawdzanego kąta.

2. Tolerancje wykonania kątów ostrza i chropowatości powierzchni noża

Odchyłki graniczne kątów noży tokarskich zestawiono w tabeli 1.2, chropowatości powierzchni ostrza - w tabeli .1.3.

3. Wykonanie ćwiczenia

Dla wskazanego przez prowadzącego noża tokarskiego wykonać następujące czynności:

• zidentyfikować otrzymany nóż (określić jego typ i oznaczenie wg PN)

• założyć kierunek posuwu z jakim nóż będzie pracował

• dla założonego kierunku posuwu narysować geometrię noża w układzie narzędzia

• przy pomocy dostępnych środków pomiarowych zmierzyć kąty: κ_r, λ_s, α_o i γ_o

• przy użyciu tabeli zależności między kątami obliczyć wartości pozostałych kątów ostrza

• porównać zmierzone wartości kątów z wartościami podanymi przez Polską Normę

• przy pomocy wzorców chropowatości określić rzeczywiste wartości gładkości powierzchni przyłożenia i natarcia

• porównać otrzymane wartości chropowatości z wartościami zalecanymi przez Polską Normę

• na podstawie uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń wyciągnąć wnioski, czy sprawdzany nóż spełnia wymagania stawiane przez Polską Normę w zakresie geometrii i gładkości powierzchni ostrza

Pytanie kontrolne:

Podać nazwę oraz narysować geometrię ostrza wskazanego noża tokarskiego w układzie narzędzia dla, założonego przez siebie, kierunku posuwu.

LITERATURA:

1. Kunstetter St.: Podstawy konstrukcji narzędzi skrawających. WNT. Warszawa, 1980.

2. Dmochowski J.: Podstawy obróbki skrawaniem. PWN. Warszawa, 1981.

3. PN - 76/M-01021. Narzędzia do skrawania metali. Geometria ostrza.

4. PN - 91/M-58352. Narzędzia do skrawania metali. Noże tokarskie imakowe z płytkami z węglików spiekanych.

Zestawienie rysunków:

Rys.1.1. Przykład noża tokarskiego jednolitego

Rys.1.2. Przykład noża tokarskiego lutowanego z płytką z węglików spiekanych

Nóż boczny wygięty prawy

Nóż boczny wygięty lewy

Nóż boczny odsadzony prawy

Nóż boczny odsadzony lewy

Nóż czołowy prawy

Nóż czołowy lewy

Nóż przecinak prawy

Nóż przecinak lewy

Nóż szeroki

Nóż spiczasty

Nóż prosty prawy

Nóż prosty lewy

Nóż wygięty prawy

Nóż wygięty lewy

Rys. 1.3. Kształty oraz oznaczenia noży tokarskich wg PN-91/M-58352

Nóż wytaczak prosty

Nóż wytaczak spiczasty

Nóż wytaczak hakowy

Nóż wytaczak prosty z częścią chwytową o przekroju kołowym

Nóż wytaczak spiczasty z częścią chwytową o przekroju kołowym

cd. rys. 1.3

Rys. 1.4. System mocowania płytki Secodex S: 1 - trzonek, 2 - płytka wieloostrzowa z węglików spiekanych, 3 - łamacz wiórów, 4 - płytka oporowa, 5 - śruba dociskowa, 6 - wkręt

Rys. 1.5. System mocowania płytki Secodex P: 1 - trzonek, 2 - płytka wieloostrzowa z węglików spiekanych, 3 - płytka oporowa, 4 - płytka dociskowa, 5 - śruba dociskowa, 6 - trzpień ustalający, 7 - nakrętka

Rys. 1.6. Płaszczyzny układu narzędzia noża tokarskiego

Rys. 1.7. Geometria noża tokarskiego prostego w płaszczyźnie przekroju głównego P_o (α_o - kąt przyłożenia główny, γ_o - kąt natarcia główny, β_o - kąt ostrza główny)

Rys. 1.8. Geometria noża wygiętego w układzie narzędzia

Rys. 1.9. Geometria noża przecinaka: a) przypadek ogólny κ_r≠0^o, b) przypadek szczególny κ_r=0^o

Rys.1.10. Rysunek pomocniczy do wyznaczenia związku kątów noża tokarskiego wygiętego: a) nóż wygięty z naniesionymi płaszczyznami przekroju, b) wielościan przekroju złożonego, c) przekrój złożony rozwinięty

Rys.1.11. Sposób pomiaru kątów ostrza noża tokarskiego z użyciem wzorców kątów

Rys.1.12. Kątomierz stolikowy IOS, 1 - płyta pomiarowa, 2 - poziomy kątomierz pomocniczy, 3 - poziomy kątomierz rzutujący, 4 - kolumna, 5 - nakrętka, 6 - korpus kątomierza obrotowego, 7 - pionowy kątomierz obrotowy, 8 - podstawa, 9 - ramię kątomierza, a - rowki podłużne, b - rowki poprzeczne

Rys.1.13. Pomiar kątów ostrza kątomierzem stolikowym IOS: a) pomiar kąta κ_r, b) ustawienie do pomiaru kątów α_o i γ_o, c) pomiar kąta γ_o, d) pomiar kąta α_o, e) ustawienie do pomiaru kąta λ_s, f) pomiar kąta λ_s

Rys.1.14. Kątomierz stolikowy EN: 1 - podstawa, 2 - kolumna, 3 - podziałka kątowa, 4 - ramię wychylne, 5 - kątomierz obrotowy, 6 - nakrętka regulacyjna, 7 - stolik obrotowy

Rys.1.15. Sprawdzanie kątów α_o i γ_o na kątomierzu Martynowa: 1 - stolik pomiarowy, 2 - kolumna, 3 - końcówka samonastawna, 4 - tarcza kątomierza pionowego z podziałką, 5 - tarcza kątomierza poziomego z podziałką, 6 - baza oporowa

Rys.1.16. Schemat kątomierza KN-4: 1 - stolik pomiarowy, 2 - kolumna, 3 - końcówka samonastawna, 4 - tarcza kątomierza z podziałką

Rys .1.17. Pomiar kątów ostrza noża na kątomierzu uniwersalnym C8-WD: 1 - podstawa, 2 - stolik, 3 - czujnik z podziałką kątową, 4 - końcówka pomiarowa

Zestawienie tabel:

Tabela 1.1. Podstawowe zależności między kątami ostrza w nożach tokarskich

Ogólne

α_o + β_o + γ_o = 90^o

α_n + β_n + γ_n = 90^o

α_f + β_f + γ_f = 90^o

α_p + β_p + γ_p = 90^o

κ_r + ε_r + κ_r^' = 180^o

II. Związane z powierzchnią natarcia

tgγ_n = cosλ_stgγ_o

tgγ_o = sinκ_rtg γ_f + cosκ_rtgγ_p

tgγ_f = sinκ_rtg γ_o - cosκ_rtgλ_s

tgγ_p = cosκ_rtg γ_o + sinκ_rtgλ_s

III. Związane z powierzchnią przyłożenia

ctgα_o = sinκ_rctgα_f + cosκ_rctgα_p

ctgα_f = sinκ_rctgα_o - cosκ_rtgλ_s

ctgα_p = cosκ_rctgα_o + sinκ_rtgλ_s

Tabela 1.2. Odchyłki wykonania kątów ostrza noży tokarskich wg PN - 91/M-58352

	Rodzaj noża
Nazwa noża	NNBc, NNBd, NNBe, NNBf, NNBk, NNBm, NNPe, NNZa, NNZb, NNZc, NNZd, NNWa, NNWb, NNUa, NNUb	NNPa, NNPc, NNPd, NNWc
	Odchyłki graniczne
Kąt natarcia główny	±2^o
Kąt przyłożenia główny	±1^o
Kąt przyłożenia pomocniczy	±1^o	±30'
Kąt przystawienia główny	±2^o
Kąt przystawienia pomocniczy	±2^o	±30'

Tabela 1.3. Minimalne wymagane chropowatości powierzchni ostrza noży tokarskich wg PN - 91/M-58352

Rodzaj powierzchni	Ra , max [μm]
Powierzchnia natarcia	0,8
Powierzchnia przyłożenia (główna i pomocnicza)	0,4
Powierzchnia walcowa chwytu	1,6
Powierzchnia bazowa	6,3

Zestawienie tytułów pod rysunkami:

Rys.1.1. Przykład noża tokarskiego jednolitego

Rys.1.2. Przykład noża tokarskiego lutowanego z płytką z węglików spiekanych

Rys. 1.3. Kształty oraz oznaczenia noży tokarskich wg PN-91/M-58352

Rys. 1.4. System mocowania płytki Secodex S: 1 - trzonek, 2 - płytka wieloostrzowa z węglików spiekanych, 3 - łamacz wiórów, 4 - płytka oporowa, 5 - śruba dociskowa, 6 - wkręt

Rys. 1.5. System mocowania płytki Secodex P: 1 - trzonek, 2 - płytka wieloostrzowa z węglików spiekanych, 3 - płytka oporowa, 4 - płytka dociskowa, 5 - śruba dociskowa, 6 - trzpień ustalający, 7 - nakrętka

Rys. 1.6. Płaszczyzny układu narzędzia noża tokarskiego

Rys. 1.7. Geometria noża tokarskiego prostego w płaszczyźnie przekroju głównego P_o (α_o - kąt przyłożenia główny, γ_o - kąt natarcia główny, β_o - kąt ostrza główny)

Rys. 1.8. Geometria noża wygiętego w układzie narzędzia

Rys. 1.9. Geometria noża przecinaka: a) przypadek ogólny κ_r≠0^o, b) przypadek szczególny κ_r=0^o

Rys.1.10. Rysunek pomocniczy do wyznaczenia związku kątów noża tokarskiego wygiętego: a) nóż wygięty z naniesionymi płaszczyznami przekroju, b) wielościan przekroju złożonego, c) przekrój złożony rozwinięty

Rys.1.11. Sposób pomiaru kątów ostrza noża tokarskiego z użyciem wzorców kątów

Rys.1.12. Kątomierz stolikowy IOS, 1 - płyta pomiarowa, 2 - poziomy kątomierz pomocniczy, 3 - poziomy kątomierz rzutujący, 4 - kolumna, 5 - nakrętka, 6 - korpus kątomierza obrotowego, 7 - pionowy kątomierz obrotowy, 8 - podstawa, 9 - ramię kątomierza, a - rowki podłużne, b - rowki poprzeczne

Rys.1.13. Pomiar kątów ostrza kątomierzem stolikowym IOS: a) kąt κ_r, b) kąty α_o i γ_o, c) kąt γ_o, d) kąt α_o, e) kąt λ_s

Rys.1.14. Kątomierz stolikowy EN: 1 - podstawa, 2 - kolumna, 3 - podziałka kątowa, 4 - ramię wychylne, 5 - kątomierz obrotowy, 6 - nakrętka regulacyjna, 7 - stolik obrotowy

Rys.1.15. Sprawdzanie kątów α_o i γ_o na kątomierzu Martynowa: 1 - stolik pomiarowy, 2 - kolumna, 3 - końcówka samonastawna, 4 - tarcza kątomierza pionowego z podziałką, 5 - tarcza kątomierza poziomego z podziałką, 6 - baza oporowa

Rys.1.16. Schemat kątomierza KN-4: 1 - stolik pomiarowy, 2 - kolumna, 3 - końcówka samonastawna, 4 - tarcza kątomierza z podziałką

Rys .1.17. Pomiar kątów ostrza noża na kątomierzu uniwersalnym C8-WD: 1 - podstawa, 2 - stolik, 3 - czujnik z podziałką kątową, 4 - końcówka pomiarowa

Zestawienie tytułów tabel:

Tabela 1.1. Podstawowe zależności między kątami ostrza w nożach tokarskich

Tabela 1.2. Odchyłki wykonania kątów ostrza noży tokarskich wg PN - 91/M-58352

Tabela 1.3. Minimalne wymagane chropowatości powierzchni ostrza noży tokarskich wg PN - 91/M-58352

Opracował dr inż. Tadeusz Sałaciński

9

1-17

M

Powierzchnia

natarcia

Powierzchnia

przyłożenia

κ_r'

ε_r

κ_r

P_f

P_r

P_n

P_p

P_o

P_f=P_o

α_o=α_f

α_p2

α_p1

P_p

P_o=P_f

P_f

P_p

f

P_s=P_p

γ_o=γ_f

α_o

κ_r=90^o

b)

a)

γ_f

α_f

γ_p

f

P_o

α_p

P_o

κ_r

γ_o

b)

a)

c)

9

a)

d)

c)

f)

e)

b)

---