Analysis of changes in angular coordinates of cutting tools when conducting technological operations under different cutting conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study aims to optimize cutting conditions by controlling the working angles of cutting tools when machining shaped surfaces and changing operating parameters of the cutting process for technological reasons. The study object includes cutting conditions for machining shaped surfaces, their influence on the operating parameters of the cutting process, the working angles of cutting tools (rake angle and lead angle), and cutting edge inclination. When developing mathematical models, we used methods of the theory of cutting, analytical mechanics, and thermodynamics. Static and kinematic geometry analysis of a blade in a cutting tool showed that changes in the angular coordinates of the front surface of a blade require the introduction of controlled rotation axes when conducting technological operations under different cutting conditions. These axes should control the main blade angles, i.e., lead angle, rake angle, and cutting edge inclination. With more than 85% of the tool penetration, the working angles considerably change even when its installation errors are relatively small. It is proposed to introduce controlled rotation axes of the front surface of a blade in a cutting tool by its main angles, i.e., lead angle, rake angle, and cutting edge inclination. It is shown that working angles considerably change even when its installation errors are relatively small. The study revealed that these angles constructively limit the regulation range of the rake angle of a cutting tool due to the impermissible reduction of the back relief angle; these angles should be taken into account when calculating the power characteristics of the cutting process. Thus, in order to solve the problem of stabilizing the working angles of cutting tools, new methods and technologies should be developed, which would make it possible to control kinematic parameters in the cutting process more accurately. It is important to take into account the influence of various factors such as workpiece material, cutting tool type, and cutting conditions.

About the authors

O. A. Erzin

Tula State University

Email: erzin79@mail.ru

S. A. Vasin

Tula State University

Email: vasin_sa53@mail.ru

A. S. Klentak

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev

Email: anna_klentak@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6311-1769

References

  1. Кабалдин Ю.Г., Башков А.А. Самоорганизация и механизм трения при резании // Вестник машиностроения. 2023. Т. 102. № 2. С. 167–173. https://doi.org/10.36652/0042-4633-2023-102-2-167-173. EDN: QPEWOW.
  2. Кабалдин Ю.Г., Саблин П.А., Щетинин В.С. Управление динамической устойчивостью металлорежущих систем в процессе резания по фрактальности шероховатости обработанной поверхности // Frontier Materials & Technologies. 2023. № 3. С. 43–51. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-3-65-4. EDN: PATDRX.
  3. Бобров В.Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромки инструмента на процесс резания металлов. М.: Машгиз, 1962. 150 с.
  4. Бобров В.Ф., Грановский Г.И., Зорев Н.Н., Исаев А.И., Клушин М.И., Ларин М.Н.. Развитие науки о резании металлов. М.: Машиностроение, 1967. 416 с. EDN: XVPBFT.
  5. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.
  6. Вульф А.М. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973. 496 с.
  7. Телешевский В.И., Соколов В.А. Лазерная коррекция геометрических погрешностей многокоординатных систем с программным управлением // Измерительная техника. 2012. № 5. С. 33–37.
  8. Кузнецов А.П. Тепловое поведение и точность металлорежущих станков: монография. М.: Янус-К, 2011. 255 с. EDN: QNCVON.
  9. Сальников В.С, Шадский Г.В, Ерзин О.А. Перспективы управления передним углом режущего клина при технологической обусловленности изменения скорости резания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 12. С. 276–284. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2023-12-276-277. EDN: RVCVLJ.
  10. Ерзин О.А., Шадский Г.В., Шаталов Д.Д. Управление кинематическими углами резца в зависимости от профиля обрабатываемой детали // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 8. С. 494–501. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2024-8-494-495. EDN: INPCGN.
  11. Zakovorotny V., Gvindjiliya V. The features of the evolution of the dynamic cutting system due to the regenerative effect // Dynamics of technical systems: AIP Conference Proceedings of the 7 International Scientific-Technical Conference (Rostov-on-Don, 9–11 September 2023). Rostov-on-Don: American Institute of Physics Inc., 2023. Vol. 2507. Iss. 1. Р. 030002. https://doi.org/10.1063/5.0109559. EDN: FLSYFX.
  12. Безъязычный В.Ф. Метод подобия в технологии машиностроения: монография. М.: Инфра-Инженерия, 2021. 356 с.
  13. Сальников В.С., Шадский Г.В., Ерзин О.А. Анализ конструкторского решения «интеллектуального» режущего инструмента с управляемым передним углом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 10. С. 400–406. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2022-10-400-406. EDN: IECIWG.
  14. Шадский Г.В., Сальников В.С., Ерзин О.А. Анализ технических возможностей кинематическими углами режущего клина при точении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 12. С. 360–367. EDN: AZLAUI.
  15. Шадский Г.В., Сальников В.С., Ерзин О.А. Перспективы управления кинематическими углами режущего клина на операциях точения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 342–349. EDN: PLHGSV.
  16. Сальников В.С., Шадский Г.В., Ерзин О.А. Техническое решение отрезного резца с управляемым передним углом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 2. С. 3–6. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2024-2-3-4. EDN: YTQRUQ.
  17. Евсеев Л.Л. Исходные положения и зависимости для расчета характеристик динамики процесса резания металлов // Вестник машиностроения. 1995. № 12. С. 3–7.
  18. Евсеев Л.Л. Расчет оптимальной скорости резания по коэффициенту динамичности процесса стружкообразования // Станки. Инструмент. 1994. № 4. С. 41–43.
  19. Волков Д.И., Проскуряков С.Л. Разработка модели процесса резания с учетом цикличности формирования стружки // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. Машиностроение. 2011. Т. 15. № 3. С. 72–78. EDN: PWTNTV.
  20. Рыжкин А.А., Климов М.М., Сергеев Р.В. Особенности стружкообразования при обработке сталей твердыми сплавами с износостойкими покрытиями // Вестник Донского государственного технического университета. 2001. Т. 1. № 1. С. 47–53. EDN: SXQCTB.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).