Визуальные признаки изна­шивания.

ИЗНОС ТОЛЬКО ЗАДНЕЙ ПО­ВЕРХНОСТИ ЛЕЗВИЯ. Чистовая обработка металлов резанием ведется с ма­лыми толщинами срезаемого слоя а = 0,005 ... 0,1 мм, что соответствует пода­чам S ≤ 0,1 мм/об. При столь малых толщинах а соответственно мала составляющая Р_z силы резания, действующей на переднюю поверхность лезвия. Она не превышает 200 ... 300 Н на 1 мм длины главной режущей кромки. В то же время составляющие Р_х и Р_у силы резания, действующие на заднюю поверхность лезвия, могут быть равны или больше Р_z.

В силу этого в процессе резания уста­навливаются условия, когда задняя по­верхность лезвия подвергается более ин­тенсивному изнашиванию, чем передняя. Визуально видимые признаки износа, как это показано на рис. 1, а и 2, а-д, имеются только на задней поверхности лезвия и отсутствуют на передней поверхности. Износ по задней поверхности принято определять линейной мерой — максимальной шириной h_3max изношенной поверхности.

ИЗНОС ЗАДНЕЙ И ПЕРЕДНЕЙ ПО­ВЕРХНОСТЕЙ ЛЕЗВИЯ, при предвари­тельной, обработке металлов резанием толщина срезаемого слоя составляет а = 0,1 ... 1,0 мм, что соответствует пода­чам S = 0,1 ... 1,0 мм/об. С увеличением подач возрастают значения всех составляющих Р_х, Р_у и P_z силы резания, но в большей степени растет составляющая Р_z. Соответственно возрастает давление на контактные площадки лезвия и действующие на них силы тре­ния, причем особенно сильно на переднюю поверхность. Устанавливаются условия, когда изнашиванию одновременно под­вергаются и задняя, и передняя поверх­ности лезвия, но интенсивность изнашивания передней поверхности больше, чем задней. При этом наблюдаются признаки износа как на задней, так и на передней поверхности лезвия (рис. 1, б и 2, ж). Износ на передней поверхности принято измерять как глубину h_{л max} и ширину а_л изношенного углубления, называемого лункой износа.

ИЗНОС ТОЛЬКО ПЕРЕДНЕЙ ПО­ВЕРХНОСТИ ЛЕЗВИЯ. Обработка ме­таллов на тяжелых станках обычно ве­дется с большими подачами S ≥ 1 мм/об. Работа с большими подачами характери­зуется увеличением размеров контактных площадок, давления и силы трения, дей­ствующих на них, а также высокой темпе­ратурой на передней поверхности лезвия. Под действием всех этих факторов в процессе резания устанавливаются условия, когда интенсивность изнашивания перед­ней поверхности лезвия намного выше, чем задней. Визуальные признаки износа имеются только на передней поверхности лезвия и отсутствуют на задней поверх­ности (рис. 1, в и 2, е).

Износ при заданных условиях обработки.

ИЗНОС ЗАДНЕЙ И ПЕРЕДНЕЙ ПО­ВЕРХНОСТЕЙ ЛЕЗВИЯ, при предвари­тельной, обработке металлов резанием толщина срезаемого слоя составляет а = 0,1 ... 1,0 мм, что соответствует пода­чам S = 0,1 ... 1,0 мм/об. С увеличением подач возрастают значения всех составляющих Р_х, Р_у и P_z силы резания, но в большей степени растет составляющая Р_z. Соответственно возрастает давление на контактные площадки лезвия и действующие на них силы тре­ния, причем особенно сильно на переднюю поверхность. Устанавливаются условия, когда изнашиванию одновременно под­вергаются и задняя, и передняя поверх­ности лезвия, но интенсивность изнашивания передней поверхности больше, чем задней. При этом наблюдаются признаки износа как на задней, так и на передней поверхности лезвия (рис. 1, б и 2, ж).

2. Охарактеризовать силы, возникающие при резании. Подсчитать величину составляющей P_у силы резания при заданных условиях. Построить графики изменения составляющей P_у с изменением геометрических параметров режущей части инструмента (γ, φ, r) и в связи с износом его при обработке заданного материала с режимом, соответствующим заданию.

Срезаемый слой давит на резец с силой резания Р (рис. 4), являющей­ся геометрической суммой нормальных сил и сил трения, действующих на его передней и задней поверхностях. Сила резания Р направлена перпендикуляр­но передней поверхности резца. Положение передней поверхности в пространстве зависит от сочетания передне­го угла и угла наклона режущей кромки . Число сочетаний этих углов безгранично, поэтому направление и величина силы резания Р неопределённы. Для изучения и измерения силу резания раскладывают на три координат­ные оси Z, Y, X, получая составляю­щие силы резания Р_z. Р_у и Р_x. Ось Z направлена вертикально осям Y и Х и расположена в горизонтальной плос­кости. Вертикальную составляющую силу Р_z называют окружной силой или главной составляю­щей силы резания. Она располо­жена в плоскости резания (ее вектор совпадает с вектором скорости резания). Окружная сила Р_z стремится со­гнуть, сломать резец (рис. 4). Поэтому расчет резца на прочность ведут по силе Р_z.

Рисунок 4. Силы действующие на резец при точении

Реактивная сила Р'_z, действу­ющая со стороны резца на заготовку, препятствуя ее вращению, создает момент сопротивления резанию (в Н*м), называемый моментом резания:

где Р_z — окружная сила, Н; D — диа­метр, м.

Горизонтальная составляющая — осевая сила, или сила подачи, направлена в сторону, противополож­ную направлению подачи, и препятст­вует движению подачи. По этой силе рассчитываются механизмы подачи станка.

Вторая горизонтальная составляю­щая, или радиальная сила Р_у, направлена вдоль оси резца, отжимает резец от заготовки и воспринимается болтами резцедержателя. Реактивная сила Р'_y отжимает заготовку (рис. 4). По силе Р_у рассчитывают жесткость крепления заготовки.

Силы Р_z, Р_х и Р_у взаимно перпен­дикулярны. Суммарная сила резания равна диагонали прямоугольного па­раллелепипеда, построенного на этих силах как на сторонах (рис. 4). Наи­большую величину имеет сила Р_z. При нормально заточенном резце примерное соотношение сил Р_z : Р_у : Р_х =1 :0,4 :0,25.

Величина составляющей P_у силы резания при заданных условиях.

Геометрические параметры резца: форма передней поверхности - радиусная с фаской; мм

Решение

1. Силы резания при точении

P _{x,y z}=10C_pt^xS^yVⁿK_p

1. Определяем значения постоянной и показателей степени,

x=0,9 y=0,6 n= 0

1.2 Определяем значения поправочных коэффициентов

n=1

Поправочные коэффициенты, учитывающие геометрию резца,

- учитывается только для резцов из быстрорежущей стали

P_y=102432,5^0,90,3^0,6120^-0,40,931,31,252=6463 H

Графики изменения составляющей P_у с изменением геометрических параметров режущей части инструмента.

3. Охарактеризовать вибрации, возникающие при резании металлов, и шероховатость обработанной поверхности. Указать влияние элементов режима резания (V, S, t), и геометрических параметров режущей части инструмента (γ, φ, φ₁, r), на шероховатость обработанной поверхности. Привести определение и начертить схему образования номинального, действительного и остаточного сечений срезаемого слоя. Подсчитать высоту неровностей и определить шероховатость поверхности, обработанной при заданных условиях.

Важной проблемой обработки реза­нием, имеющей большое практическое значение, является вибрация техноло­гической системы станка. Вибрация влияет на качество обрабо­танной поверхности, увеличивает интенсивность износа инструмента я яв­ляется причиной возникновения зву­ков высокой частоты.

Механизм вибрации при резании. Виды вибраций. Металлорежущий ста­нок, режущий инструмент и обрабаты­ваемая деталь — это система, имею­щая большое число степеней свободы. Станок можно представить схемати­чески в виде системы с большим коли­чеством пружин 1, 2, .... 9 (рис. 5),

Рисунок 5. Схема вибраций станка: а — изменение толщины среза, 6 — модель упругой системы станка

каждая из которых обладает опреде­ленной жесткостью, демпфирующими (гасящими) свойствами и собствен­ными частотами колебаний.

Пружины 1, 2, 3, .... 9 уравновеши­вают силу резания, возникающую между резцом 10 и заготовкой 11. Им­пульс силы, вызывающей вибрацию, вызывает колебательные движения пружин и исключительное перемеще­ние резца 10 и заготовки 11. Направ­ление перемещения этого движения будет зависеть от вибрирующих эле­ментов (пружин) данной системы.

При обработке точением в динами­ческих условиях возможны следующие разновидности вибраций: вибрации державки резца, вибрации резцедер­жателя или суппорта, вибрации заго­товки между центрами, крутильные колебания заготовки и шпинделя, виб­рации центров и пиноли, передней или задней бабки, вибрации станины. Виб­рации могут происходить в вертикаль­ной и горизонтальной плоскостях, па­раллельно или перпендикулярно направлению подачи. Таким образом, за­готовка или резец могут перемещаться относительно друг друга в любом направлении.

Возникновение вибраций в установившемся режиме резания может вызвать различные отклонения: скорости резания (колебания скорости резания), подачи, глубины срезаемого слоя, изменение положения режущей грани резца к поверхности заготовки (т. е. изменение переднего и заднего углов и углов наклона режущей кром­ки). Из теории резания известно, что любое из этих отклонений может изменить силы, действующие на вершину резца. В зависимости от направления и фазы отклонений (совпадающие или не совпадающие по времени с другими колебаниями) эти силы могут гасить возникшие колебания или воз­буждать вибрации.

Обычно система, выведенная импульсом силы из равновесия, вибриру­ет с затуханием. Такой вид колебаний, обычно не достигающих резонансной частоты технологической системы станка, называется вынужденны­ми колебаниями. Однако если изменение сил резания значительно и не поддается гасящему (демпфирующе­му) эффекту системы, они могут вызвать рост амплитуды колебаний: устанавливается равновесие возбуждающих и гасящих сил системы, вибрации не затухают — этот вид самовозбуждаемых вибраций называется автоколебаниями. Особенностью само­возбуждаемых вибраций является то, что их частота совпадает с одной из собственных частот технологической системы станка.

Вынужденные колебания возника­ют из-за периодичности действия воз­мущающей силы. Причинами их появ­ления могут быть удары, прерывистый характер процесса резания, дисбаланс вращающих частей технологической системы станка, дефекты в механиз­мах станка, неравномерность припуска на обработку, передача вибраций станку от других машин, молотов, прессов, работающих поблизости. Уст­ранение вынужденных колебаний не является большой трудностью. Найти источник вибраций, как правило, не­трудно. После его устранения вибра­ции прекращаются.

Автоколебание — явление более сложное и часто возникающее при ре­зании металлов. Самовозбуждаемые вибрации (автоколебания) возникают при отсутствии видимых внешних причин. Причины автоколебаний кроются в самом процессе резания. Они созда­ют переменную силу и поддерживают автоколебательный процесс. Основны­ми причинами появления автоколеба­ний являются непостоянство нароста, приводящее к изменению в процессе резания угла резания и площади по­перечного сечения среза, непостоянст­во силы трения сходящей стружки о резец и резца о заготовку, неравно­мерное упрочнение срезаемого слоя по его толщине.

Шероховатость поверхности

На поверхностях деталей после их механической обработки всегда остаются неровности. Совокупность неровностей, образующихся при обработке, называют шероховатостью поверхности. Величина шероховатости оказывает непосредственное

Рисунок 6. Неровности на поверхности.

влияние на качество неподвижных и подвижных соединений. Детали с большой

шероховатостью поверхности в неподвижных соединениях не обеспечивают требуемой точности и надежности сборки, а в подвижных соединениях быстро изнашиваются и не обеспечивают первоначальных зазоров. На поверхности, обработанной токарным резцом, образуются неровности в виде винтовых выступов и винтовых канавок (рисунок 6: а) - образование поперечной и б) - продольной шероховатости).

Н еровности, расположенные в направлении подачи S, образуют поперечную шероховатость, а неровности, расположенные в направлении скорости u резания, - продольную шероховатость. Высота Н и характер неровностей зависят от обрабатываемого материала, режима резания, геометрии режущих кромок инструмента и других факторов (рисунок 7: а) -

влияние вспомогательного угла в плане, б) - влияние подачи, в) - влияние радиуса скругления режущей кромки резца).

Рисунок 7. Характер поверхности.

Величина Н увеличивается с увеличением подачи и уменьшается с увеличением радиуса скругления режущей кромки резца. При увеличении скорости резания высота Н неровностей уменьшается. Увеличение вспомогательного угла в плане, уменьшение заднего угла, затупление режущей кромки приводят к увеличению шероховатости поверхности.

В производственных условиях шероховатость обработанной поверхности детали оценивают методом сравнения с образцом. В качестве образца используют обработанную деталь, шероховатость поверхности которой аттестована.

Отклонения размеров и других параметров готовой детали от указанных в чертеже определяют погрешность обработки, величина которой должна находиться в пределах допуска. Погрешности подразделяют на систематические и случайные. К систематическим относятся погрешности, которые при обработке партии деталей повторяются на каждой детали. Систематические погрешности по величине больше случайных и определяют точность обрабатываемой детали. Основными причинами систематических погрешностей обработки являются: неточность станка (например, не прямолинейность направляющих станины и суппортов, не параллельность или неперпендикулярность направляющих оси шпинделя, неточность изготовления щпинделя и его опор и т. д.); деформация сборочных единиц (узлов) и деталей станка под действием сил резания и нагрева в процессе работы; неточность изготовления режущих инструментов, приспособлений и их износ; деформация инструментов и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки; погрешности установки и базирования заготовки на станке; деформация обрабатываемой заготовки под действием сил резания и зажима, а также благодаря нагреву в процессе обработки; погрешности, возникающие при установке инструментов и их настройке на размер; погрешности в процессе измерения, вызываемые неточностью измерительных инструментов и приборов, их износом и деформациями, а также ошибкой рабочего при оценке показаний измерительных устройств. Причины, вызывающие систематические погрешности, можно установить и устранить. К случайным относятся погрешности, возникающие вследствие случайных упругих деформаций заготовки, станка, приспособления и режущего инструмента (например, из-за неоднородности обрабатываемого материала).