5. Основы размерной обработки заготовок деталей машин

Эксплуатационные свойства машин и механизмов в значительной мере определяются точностью изготов­ления деталей, качеством их рабочих поверхностей. Под точностью изготов­ления понимают отклонение фактических геометрических размеров и формы поверхности (неплоскостность, конусообразность, перекос и неперпендикуляpнocть осей и т. д.) от предельных значений, указанных в рабочих черте­жах. Качество поверхности характеризуется ее шероховатостью, величиной и знаком остаточных напряжений в поверхностном слое, ее структурой и химическим составом. Требования точности и качества назначает конструк­тор на основе эксплуатационных требований к детали и рекомендаций ГОСТа. Несоблюдение заданных требований точности и качества детали в процессе ее изготовления может стать причиной снижения эксплуатационных свойств, надежности машин и их преждевременного выхода из строя. Рассмотренные в предыдущих разделах способы формообразования деталей методами литья, обработ­ки давлением и способы с применением сварки по своим технологическим возможностям не в состоянии обеспечить заданную точность, необходимую для изготовления большинства деталей машин и механизмов. Поэтому полу­ченные указанными методами изделия используются в качестве заготовок. Эти заготовки изготавливают несколько больших размеров с технологиче­ским припуском. Наличие припуска позволяет методами размерной обработ­ки получать деталь требуемой точности путем управляемого съема металла припуска. Чем точнее изготовлена заготовка, тем меньше требуемая величи­на припуска и тем ниже трудоемкость последующей размерной обработки заготовки.

Все способы размерной обработки деталей классифицируют по виду используемой энергии на механические, физико-химиче­ские и комбини­рованные.

Задачей всех способов размерной обработки является получе­ние дета­лей требуемых размеров, формы и качества поверхностей, отвечающих тре­бованиям чертежа, и с максимальной производитель­ностью.

5.1. Основы механической обработки резанием

Обработка резанием является универсальным методом размерной обра­ботки. Метод позволяет обрабатывать поверхности деталей различной формы и размеров с высокой точностью из наиболее используемых конструкционных ма­териалов. Он обладает малой энергоемкостью и высокой производительностью. Вследствие этого обработка резанием является основным, наиболее используе­мым в промышленности процессом размерной обработки деталей.

Под обработкой материалов резанием понимают механическую обработку, заклю­чающуюся в образовании новых поверхностей путем деформирова­ния и последующего отделения слоев припуска, т. е. путем снятия стружки инструментами, которые называют режущими.

Стружка, таким образом, представляет собой деформирован­ный и отделенный от обрабатываемой детали слой припуска.

Обрабатываемой деталью (заготовкой) называют деталь, об­рабатываемую на данной технологической операции.

Обработанной деталью в отличие от обрабатываемой называ­ют деталь, подвергшуюся обработке на данной технологической операции.

Технологической операцией при обработке резанием называют все выполняемые на данном станке действия, связанные с обработ­кой одной или нескольких деталей.

Припуск на обработку — слой металла, удаляемый при обра­ботке.

В процессе срезания припуска на детали различают характер­ные поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность резания.

Обрабатываемой поверхностью называют исходную поверх­ность обрабатываемой детали, которая частично или полностью удаляется при обработке.

Обработанная поверхность — это поверхность, полученная на детали в результате обработки.

Поверхностью резания называют поверхность, описываемую режущей кромкой инструмента в движении резания. В большинст­ве случаев она является переходной между обрабатываемой и об­работанной поверхностями, существует только во время резания и исчезает после окончания обработки.

Для того чтобы инструмент мог резать, он должен углубиться в обрабатываемую деталь и перемещаться относительно детали с определенной скоростью и в определенном направлении. Это об­щее относительное движение заготовки и инструмента в процессе резания называют движением резания. Оно обеспечивается сложе­нием простых движений, сообщаемых инструменту и обрабатывае­мой детали механизмами станка. Совокупность определенного ко­личества и взаимного расположения простых движений, составляю­щих движение резания, называют кинематической схемой резания.

В зависимости от числа и характера сочетаемых простых дви­жений различают восемь групп кинематических схем резания: 1) одно прямолинейное движение; 2) два прямолинейных движе­ния; 3) одно вращательное движение; 4) одно вращательное и од­но прямолинейное движение; 5) два вращательных движения; 6) два прямолинейных и одно вращательное движение; 7) два вра­щательных и одно прямолинейное движение; 8) три вращательных движения. Кинематические схемы резания определяют метод обра­ботки, вид станка и режущего инструмента.

Наиболее распространена обработка с одним прямолинейным или с одним прямолинейным и одним вращательным движением. Так, при обработке на строгальных станках (рис. 5.1, в) резец дви­жется относительно детали прямолинейно. В зависимости от типа станка это движение получает или резец, или обрабатываемая де­таль. Прямолинейное перемещение инструмента относительно дета­ли реализуется также в процессе протягивания (рис.5.1, д). В про­цессе точения (рис. 5.1, а), сверления (рис. 5.1, б) и фрезерования (рис. 5.1, г) сочетаются одно вращательное движение и одно посту­пательное. Вращательное движение сообщается или детали (точе­ние), или режущему инструменту (фрезерование). Поступательное перемещение придают инструменту (точение, сверление) или дета­ли (фрезерование). При сверлении вращается и поступательно движется только сверло (обработка на сверлильных станках), если вращается деталь, а сверло поступательно перемещается, то сверление выполняют на токарных станках.

Рис. 5.1. Основные виды обработки резанием:

а — точение; б — сверление; в — строгание;

г — фрезерование; д — протягивание; 1 — пе­редняя поверхность; 2 — задняя поверхность режущего клина К;

3 — стружка

В зависимости от того, какое из простых движений сообщают детали, а какое инст­рументу, определяется тип станка. Сущность метода обработки от этого не зависит и устанавливается только кинематической схемой резания, а также соотношением скоростей простых движений реза­ния.

Простое составляющее движение, имеющее наибольшую ско­рость, называют главным движением, а его скорость — скоростью главного движения, которую в соответствии с принятой термино­логией будем называть просто скоростью резания. Это движение необходимо для превращения срезаемого слоя металла в стружку. Чтобы процесс резания осуществлялся непрерывно (точение) или повторялся периодически (строгание), дополнительно необходимо еще одно простое движение — движение подачи. Скорость движе­ния подачи во много раз меньше скорости резания, и ее принято на­зывать просто подачей. Геометрическую сумму скоростей главного движения и подачи называют истинной скоростью резания, которую можно определить так же, как скорость движения резания рассмат­риваемой точки режущей кромки инструмента. Истинную скорость резания и другие условия выполнения процесса резания, характе­ризуемые значениями его параметров, называют режимом резания, а скорость резания, подачу и другие элементы условий выполнения процесса — элементами режима резания.