§ 5. Обработка металлов резанием на станках

При обработке металлов резанием изменение формы и размеров заготовки с целью получения изделия (детали) осуществляется путем снятия с заготовки слоя металла.

В процессе резания ре­зец вызывает деформацию металла в зоне, находящейся возле режущей кромки. Когда напряжение станет больше сил внутрен­него сцепления частиц металла, происходит сдвиг и отделение элементов стружки.

При обработке металлов резанием исполнительные механизмы станков должны совершать два основных движения: резания и подачи. В зависимости от вида инструмента и характера его движения, а также движения обрабатываемого материала различают следующие основные виды механической обработки металлов резанием (рис. 169):

Рис. 169. Схема методов обработки материалов резанием:

а — точение; б — строгание; в — сверление; г — фрезерование; д — плоское шлифование; е — протягивание.

Точение, при котором обрабатываемая заготовка вра­щается (движение резания), а резец движется поступательно (движение подачи). Этот вид обработки металлов осуществляется на токарных станках.

Строгание, при котором резец и заготовка движутся поступательно. Строгание производится на строгальных станках.

Сверление, при котором заготовка неподвижна, а движение резания и по­дачи осуществляются сверлом. Сверле­ние производится на сверлильных стан­ках.

Фрезерование, при котором режущий инструмент (фреза) вращается (движение резания), а заготовка дви­жется поступательно (подача). Фрезерование производится на фрезерных станках.

Ш лифование, при котором режущий инструмент (шлифовальный круг) вращается, а заготовка движется поступательно (плоское шлифование) или тоже вращается и одновре­менно движется поступательно (круглое шлифование). Шлифо­вание производится на плоско- и круглошлифовальных станках.

Протягивание, при котором инструмент — протяжка движется поступательно (движение резания), заготовка непод­вижна, а движение подачи обеспечивается конструкцией инстру­мента.

Во всех случаях обработки металлов и других материалов резанием используется режущий инструмент, имеющий форму клина. Клин (рис. 170), врезаясь в материал, отделяет от него некоторый слой в виде стружки.

При токарной обработке используются специальные режущие инструменты — резцы (рис. 171): для продольного точения и сня­тия фасок — проходной а, подрезания торцов — подрезной б, прорезания канавок и отрезания — отрезной в, расточки — расточной г, нарезания резьбы — резьбовой д. Для получения деталей сложной (фасонной) формы используют фасонные резцы.

Рис. 171. Типы резцов:

а — проходной; б — подрезной; в — отрезной; г — расточной; д — резьбовой.

Все эти резцы в основном имеют одинаковое устройство; покажем его на примере токарного проходного резца.

Токарный резец (рис. 172) состоит из режущей части (головки) и тела. В головке резца различают переднюю грань 1 по которой сходит стружка, и две задние грани: главную 2 и вспомогательную 3.

Э тими гранями резец обращен к обраба­тываемой заготовке. Линии пересечения передней и задней гра­ней называются режущими кромками. Одна из них, главная 4, производит снятие слоя металла, вторая — вспомогательная 5. Точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца 6.

Поверхность, образуемая главной режущей кромкой на обра­батываемой заготовке, называется поверхностью реза­ния (рис. 173).

Токарный резец подвергают специальной обработке и заточ­ке. О заточке резца судят по тем углам, которые образуют между собой его грани и режущие кром­ки. Пересекая главную режущую кромку резца перпендикуляр­ной ей плоскостью, получаем в сечении следующие углы (рис. 174):

α —задний угол — угол между главной задней гранью и плос­костью резания, т. е. плоскостью, касательной к поверхности ре­зания и проходящей через главную режущую кромку резца.

γ — передний угол — угол между перед­ней гранью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходя­щей через главную режущую кромку.

β — угол заострения — угол между пе­редней гранью и главной задней гранью.

δ — угол резания — угол между передней гранью и плоскостью резания. Угол реза­ния равен сумме заднего угла и угла заострения (δ=α+β).

Величина углов резца имеет большое значе­ние для успешного резания металлов. Выбору этих углов, а значит, и правильной заточке резца уделяется большое внимание. Наши токари-новаторы благодаря правильному под­бору углов резца (прежде всего переднего и заднего углов) добились выдающихся достижений в повышении производитель­ности труда.

Величина переднего угла существенно влияет на работу, затрачиваемую на снятие стружки. Эта величина зависит от свойств обрабатываемого материала и качеств режущего ин­струмента. Так, наименьшая работа на снятие стружки затра­чивается при переднем угле, равном 45°. Однако резец с таким передним углом оказывается недостаточно прочным, и поэтому передний угол в этом случае уменьшают до 10—15°. Если к тому же материалом режущей части резца служит твердый сплав, то передний угол приходится делать еще меньше, равным 5—0°, или даже отрицательным.

Задний угол оказывает громадное влияние на режущую спо­собность резца. В процессе резания резец своей задней гранью касается поверхности резания. При этом возникает трение, при­водящее к усиленному износу резца и повышению температуры резца, что приводит к его быстрому разрушению и выходу из строя. Для уменьшения трения между задней гранью и поверх­ностью резания задний угол стараются увеличить, но это, как и при уменьшении переднего угла, влечет за собой ослабление режущей части резца. Поэтому величина заднего угла находит­ся в пределах 6—15° и зависит от инструмента и условий его работы.

Выбор переднего и заднего углов при заточке инструмента производится по специальным таблицам в зависимости от условий резания.

Фрезерование осуществляется на горизонтально-, верти­кально- или универсально-фрезерных станках, на которых ведется обработка плоскостей, фасонных поверхностей и криволи­нейных контуров. Диапазон применения фрезерных станков для изготовления всевозможных деталей очень широк, поэтому они распространены на современных машиностроительных заводах.

Горизонтально-фрезерный станок (рис.175) имеет следующие основные узлы; станина 1, консоль 2, шпиндель 3, хобот 4, стол 5, коробка скоростей 6, поперечные са­лазки 7, вал привода механизма коробки подач 8.

Рис. 175. Горизонтально-фрезерный станок:

1 — станица; 2 — консоль; 3 — шпиндель; 4 — хобот; 5 — стол; 6 — коробка скоростей; 7 — поперечные салазки;

8 — вал привода механизма коробки подач.

Вертикально-фрезерный станок (рис. 176) уст­роен в основном так же, как и горизонтальный, но шпиндель у него расположен вертикально и отсутствует хобот.

Рис. 176. Вертикально-фрезерный станок:

1 — станина; 2 — шпиндель; 3 — стол.

Горизонтально-фрезерные станки, у которых стол, кроме поступательного движения в трех направлениях, может еще и поворачиваться на некоторый угол вокруг вертикальной оси, называют универсально-фрезерными. Для измерения угла поворота стола служит специальное кольцо с делениями, называемое лимбом.

Кроме фрезерных станков с одним шпинделем, в производ­стве применяются многошпиндельные фрезерные станки, продольно-фрезерные, а также специальные фрезер­ные станки для нарезания резьбы (резьбофрезерные), для наре­зания зубьев на шестернях (зубофрезерные) и др.

Фрезы (рис. 177) — многолезвийные режущие инстру­менты. В зависимости от вида обрабатываемой поверхности и способа обработки фрезы делят­ся на цилиндрические а — для обра­ботки широких плоскостей, ди­сковые б — для обработки канавок и разрезания, торцовые в, ось вра­щения которых при фрезеровании перпендикулярна обрабатываемой поверхности, и фасонные г, имею­щие режущую кромку фасонного профиля.

Сверление осуществляется на сверлильных станках. Сверлильные станки, служащие для получения отверстий в изделиях, подразделяются на вертикально-сверлиль­ные, радиально-сверлильные и горизонтально-сверлильные.

Вертикально-сверлильный станок (рис. 178) состоит из вертикально расположенной станины 6, стола 1, пе­ремещающегося по направляющим станины, и шпинделя 2, в который вставляется сверло. Для изменения скорости вра­щения шпинделя служит коробка скоростей 4, Подача, т. е. вертикально-поступательное перемещение вращающегося вме­сте со сверлом шпинделя, производится при помощи зубчатого колеса и зубчатой рейки вручную или автоматически, при помощи коробки подач 3. Просверливаемые заготовки закреп­ляются прямо на столе станка или в приспособлениях (тис­ках).

Рис. 177. Фрезы:

а — цилиндрические; б — дисковые; в — торцовая; г — фасонные.

Для одновременного сверления нескольких отверстий при­меняются многошпиндельные сверлильные стан­ки, в которых одновременно работает несколько режущих инструментов.

Радиально-сверлильный станок предназначен для обработки крупных заготовок, которые трудно перестанав­ливать для сверления различных отверстий. Этот станок имеет массивную цилиндрическую колонну, по которой может пере­мещаться и поворачиваться вокруг нее прочная траверса. По траверсе передвигается шпиндельная головка с закрепленным сверлом. Благодаря такому устройству сверло может переме­щаться в любом направлении без перемещения обрабатывае­мого изделия.

Сверла (рис. 179) представляют собой режущие инстру­менты цилиндрической формы со спиральной канавкой. Сверло состоит из рабочей части и хвостовика, которым оно закрепляется в патроне, если хвостовик цилиндрический, или в шпинделе стан­ка, если хвостовик конический.

Рис. 179. Сверла:

1 — хвостовик; 2 — ленточка; 3 — канавка; 4 — режущая часть.

Рабочая часть сверла состоит из режущих кромок, спираль­ных канавок для отвода стружки и ленточек, которые служат для направления и центрирования сверла в отверстии. Режущая часть сверла (рис. 180) имеет две режущие кромки, образован­ные, как у резца, пересечением передней и задней граней. Между режущими кромками расположена перемычка.

Рис. 180. Режущая часть сверла. Рис. 181. Зенкер.

Зенкеры (рис. 181) и развертки (рис. 182) — режу­щие инструменты, которые служат для более точной и чистой обработки отверстий после сверления. Зенкером или разверт­кой, кроме того, можно увеличить диаметр уже имеющегося отверстия.

Рис. 182. Развертка.

Зенкер применяется обычно для черновой обработки, когда необходимо снять достаточно большой слой металла, а раз­вертка — для чистовой обработки.

Строгание производится на поперечно-строгальных и про­дольно-строгальных станках резцами, подобными токарным резцам. Методом строгания обрабатывают плоскости, а также фасонные поверхности с прямолинейной образующей.

Поперечно-строгальный станок (рис. 183) имеет небольшие размеры и предназначен для строгания коротких заготовок (не более 600 мм). Стол 5 поперечно-строгального станка вместе с заготовкой перемещается поперек движения резца по направляющим стола (движение подачи), а ползун 1 вместе с суппортом, резцедержателем 6 и резцом движется возвратно-поступательно по направляющим станины (движение резания).

Продольно-строгальный станок предназначен для строгания заготовок больших размеров, например станин станков. В этом станке движение резания осуществляется дви­жением стола с закрепленной на нем заготовкой; подача же производится перемещением резца.

Шлифование применяется для чистовой обработки деталей путем снятия с их поверхности тонкого слоя стружки при по­мощи режущего абразивного инструмента — шлифовального кру­га. Шлифовальный круг состоит из очень твердых абразивных зерен (электрокорунда, карборунда и др.), соединенных связующим веществом (огнеупорной глиной, жидким стеклом и др.).

Шлифование производится на круглошлифовальных, внутришлифовальных, плоскошлифовальных и бесцентровых круг­ло- и внутришлифовальных станках.

Рис. 183. Поперечно-строгальный станок:

1 — замковая часть; 2 — рукоятка зажима ползуна; 3 — рукоятка вала ручного подъема стола;

4 — рукоятка вала поперечной подачи; 5 — стол; 6 — резцедержатель; 7 — салазки резцовой головки.

Протягиванием обрабатывают различного рода сквозные отверстия, канавки, пазы и плоскости.

Рис. 184. Протяжка:

1 — замковая часть; 2 — шейка; 3 — передняя направляющая часть; 4 — черновые зубья; 5 — зачищающие зубья;

6 — калибрующие зубья; 7 — задняя направляющая часть.

Инструментом для данного вида обработки резанием являются протяжки различного профиля. Круглая протяжка (рис. 184) представляет собой стержень, имеющий кольцевые режущие кромки, диаметр которых увеличивается от передней на­правляющей части 3 протяжки к задней 7.

Для того чтобы обработать стенки отверстия, «протягивают» сквозь это отверстие протяжку, которая своими зубьями снима­ет соответствующей толщины стружку. Этот процесс осущест­вляется на протяжных станках.