TEORIA NOŻY TOKARSKICH
1. Przegląd noży tokarskich.
Noże jednolite wykonywane są ze stali szybkotnącej (rys.1.1) lub jako noże lutowane z płytkami z węglików spiekanych (rys.1.2)
Typowe kształty noży oraz możliwe przypadki posuwów wg Polskiej Normy przedstawia rys 1.3.
Rys. 1.3. Kształty oraz oznaczenia noży tokarskich wg PN-91/M-58352
1.2 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.
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
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.
1.2.1 Geometria noży tokarskich
Geometrię noża tokarskiego rozpatruje się w pewnych charakterystycznych przekrojach następującymi płaszczyznami przechodzącymi przez rozpatrywany punkt krawędzi M (rys.1.6):
Rys. 1.6. Płaszczyzny układu narzędzia noża tokarskiego
• Pr - płaszczyzna podstawowa równoległa do płaszczyzny podstawy noża
• Ps - płaszczyzna krawędzi skrawającej styczna do krawędzi skrawającej i prostopadła do
płaszczyzny podstawowej Pr
• Po - płaszczyzna przekroju głównego prostopadła do płaszczyzn Pr i Ps
• Pf - płaszczyzna boczna równoległa do zamierzonego kierunku posuwu i prostopadła do
• Pp - płaszczyzna tylna prostopadła do Pr i Pf
• Pn - płaszczyzna normalna prostopadła do krawędzi skrawającej
Rys. 1.7. Geometria noża tokarskiego prostego w płaszczyźnie przekroju głównego Po (αo - kąt przyłożenia główny, γo - kąt natarcia główny, βo - kąt ostrza główny)
Pełną geometrię narzędzia na przykładzie noża bocznego wygiętego zestawiono na rys.1.8.
Rys. 1.8. Geometria noża wygiętego w układzie narzędzia
Na rys.1.9. pokazano geometrię noża przecinaka1-2 dla przypadku ogólnego, gdy kąt κr.0o (rys.1.9a) oraz dla przypadku najczęściej występującego w praktyce, gdy κr=0o (rys.1.9b). W obu tych przypadkach przyjmuje się kąt λs=0o.
Rys. 1.9. Geometria noża przecinaka: a) przypadek ogólny κr.0o, b) przypadek szczególny
κr=0o
Podstawowymi kątami opisującymi geometrię noża tokarskiego są αo, γo, κr i λs. Pozostałe kąty można wyznaczyć stosując tzw. metodę złożonego przekroju. Poniżej wyznaczono przykładowo zależność pomiędzy kątami natarcia w przekrojach Po, Pf i Pp dla noża wygiętego (rys.1.10).
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.
Na podstawie rys.1.10 można wyznaczyć następujące związki:
Pozostałe związki między kątami przyłożenia i natarcia, w różnych płaszczyznach odniesienia, zestawiono w tabeli 1.1.
Tabela 1.1. Podstawowe zależności między kątami ostrza w nożach tokarskich
2.POMIARY NOŻY TOKARSKICH
2.1 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.
Rys.1.11. Sposób pomiaru kątów ostrza noża tokarskiego z użyciem wzorców kątów
2.2 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).
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
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 κr (rys.1.13a).
Rys.1.13. Pomiar kątów ostrza kątomierzem stolikowym IOS: a) pomiar kąta κr, b) ustawienie
do pomiaru kątów αo i γo, c) pomiar kąta γo, d) pomiar kąta αo, e) ustawienie do pomiaru kąta
λs, f) pomiar kąta λs
Po zmierzeniu kąta κr 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. Po w przypadku pomiaru kątów αo i γo) 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).
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
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. Pf), w której znajdują się mierzone kąty (w tym przypadku αf i γf), pokrywała się z płaszczyzną pomiarową wyznaczaną przez kątomierze 3 i 5. Przy użyciu kątomierza EN nie można zmierzyć kątów w przekroju normalnym Pn. 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 Pn) można zastosować kątomierze Martynowa (rys.1.15) lub KN-4 (rys.1.16).
Rys.1.15. Sprawdzanie kątów αo i γo 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
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 kąta 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.
Rys .1.17. Pomiar kątów ostrza noża na kątomierzu uniwersalnym C8-WD: 1 - podstawa, 2 -
stolik, 3 - czujnik z podziałką kątową, 4 - końcówka pomiarowa
2.3Tolerancje wykonania kątów ostrza i chropowatości powierzchni noża
Odchyłki graniczne kątów noży tokarskich zestawiono w tabeli 1.2, chropowatości powierzchni ostrza - w tabeli .1.3.
Tabela 1.3. Minimalne wymagane chropowatości powierzchni ostrza noży tokarskich wg PN - 91/M-58352
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.
Opracował: inż. Krzysztof Mały AKRO-TECH Ośrodek Wspierania Przemysłu maj 2005r.