714

В зависимости от соотношения между подачей и глубиной резания стружка называется прямой при S < t, квадратной при S = t и обратной при S > t.

Основные закономерности процесса резания обычно изучают в условиях свободного прямоугольного резания, так как в этом случае процесс очищается от ряда наслоений, усложняющих наблюдение явлений.

3.По количеству одновременно участвующих в работе лезвий – одно- и многолезвийное. К первому виду относятся точение, строгание, долбление; ко второму – сверление, фрезерование и т.д.

4.По форме сечения среза – с постоянным и переменным сече-

ниями. К первому виду относятся, например, точение, сверление; ко второму – фрезерование. При работе современного автоматизированного оборудования возможно одновременное изменение всех элементов режима резания и сечения среза, в том числе при точении

исверлении.

5.По времени контакта режущего лезвия с деталью – непрерывное и прерывистое. Первый вид характеризуется непрерывным контактом рабочих поверхностей лезвия с деталью; перерыв наступает только при переходе к обработке другой детали. Прерывистый процесс резания осуществляется путем периодического повторения цикла резание–отдых лезвия. При этом существенную роль играют процессы, связанные с врезанием и выходом режущего клина из контакта с деталью.

1.4.Элементы режима резания и срезаемого слоя

1.4.1.Элементы режима резания

Кэлементам режима резания в общем случае относятся скорость главного движения, подача и глубина резания.

Скорость главного движения резания (скорость резания) V – линейная скорость рассматриваемой точки режущей кромки или поверхности резания заготовки в направлении главного движения резания.

41

При точении скорость резания – это скорость вращения заготовки. Когда заготовка вращается с частотой вращения n (об/мин), то скорость резания V (м/мин) в разных точках режущей кромки будет разная. В расчетах принимается ее максимальное значение:

V = πDn/1000, м/мин,

где D – наибольший диаметр поверхности резания, мм.

При продольном точении скорость резания постоянна, а при подрезании торца или отрезании при постоянной частоте вращения – переменная, наибольшее ее значение – у периферии заготовки. В современных токарных станках с ЧПУ предусмотрена возможность обеспечения постоянной скорости резания путем изменения частоты вращения шпинделя. Аналогичным образом рассчитывается скорость главного движения при сверлении, фрезеровании и других видах обработки с вращательным главным движением.

Подача S – это скорость перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в направлении движения подачи (рис. 17). Различают подачу за один оборот заготовки So (мм/об.) и за 1 мин Sм = Son (мм/мин).

Рис. 17. Элементы режима резания и срезаемого слоя: а – при точении; б – при сверлении; в – при рассверливании

42

При токарной обработке подача может быть поперечная и продольная. При сверлении сверло имеет два зуба (пера) и режет одновременно двумя режущими кромками, поэтому на каждую кромку z (один зуб) приходится подача Sz = So/z = So/2 (мм). Минутная подача Sм = Sоn. Между подачей на зуб фрезы Sz, подачей на один оборот фрезы So и минутной подачей Sм существует соотношение Sм = Sоn =

= Szzn.

Глубина резания t – размер слоя, удаляемого за один проход, измеренный в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. Это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями. Глубина резания всегда перпендикулярна к направлению подачи (см. рис. 17).

При продольном точении

t = D 2−d , мм,

где D – диаметр заготовки; d – диаметр обработанной поверхности. При отрезании заготовки t равна ширине отрезного резца b.

Глубина резания при сверлении в сплошном материале равна половине диаметра сверла. При рассверливании отверстия от диаметра d

до диаметра D глубина резания t = D 2−d , мм.

1.4.2. Элементы срезаемого слоя

Глубина резания, частота вращения детали или инструмента и подача характеризуют процесс резания с технологической стороны: с точки зрения положения и движения инструмента, обеспечивающих процесс резания. Но при одной и той же подаче и глубине резания в зависимости от формы режущей кромки и ее расположения (углов в плане) изменяются ширина и толщина поперечного сечения срезаемого слоя, от которых зависят процесс пластической и упругой деформации, сопротивление металла деформированию, количество выделившейся теплоты и условия теплоотвода.

Ширина срезаемого слоя, или ширина среза b (мм), – длина сто-

роны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания

43

(см. рис. 17). Это расчетная длина контакта главной режущей кромки с поверхностью резания. Измеряется вдоль режущей кромки.

Толщина срезаемого слоя, или толщина среза а (мм), – длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя. Это расчетное расстояние между двумя последовательными положениями главной режущей кромки за один оборот заготовки. Измеряется перпендикулярно режущей кромке.

Толщина и ширина среза представляют собой не толщину и ширину стружки, а расчетные размеры сечения среза до образования стружки. Размеры стружки отличаются от размеров срезаемого слоя из-за усадки, происходящей вследствие деформации металла при резании. Толщина среза а измеряется в направлении, перпендикулярном к режущей кромке, ширина среза b – вдоль режущей кромки (в миллиметрах). Как между толщиной среза и подачей, так и между глубиной резания и шириной среза существуют определенные соот-

ношения (см. рис. 17): a = S sin ϕ; b = t/sin ϕ.

Рис. 18. Формы поперечного сечения срезаемого слоя при обработке резцами с различными углами в плане ϕ

Из приведенных формул и рис. 18 видно, что при постоянных подаче S и глубине резания t с увеличением главного угла в плане ϕ толщина среза увеличивается, а ширина – уменьшается.

При фрезеровании для прямозубой фрезы b = В, для цилиндрической фрезы с винтовыми зубьями b является переменной величиной. Для торцовых фрез

b = t / sin ϕ · cos λ,

44

где t – глубина фрезерования; ϕ – угол в плане режущей кромки зуба торцовой фрезы; λ – угол наклона режущей кромки.

Остаточное сечение среза при точении

Остаточное сечение представляет собой треугольник (рис. 19), площадь которого определяется величиной подачи So (это основание треугольника) и углами в плане ϕ и ϕ1 (т.е. углами при основании треугольника). Величина остаточного сечения среза влияет на величину шероховатости обработанной поверхности.

При фрезеровании глубина резания определяется видом фрезерования и типом фрезы (рис. 20). В отличие от других видов обработки (точения, сверления и т.д.) при фрезеровании кроме глубины резания t рассматривают ширину фрезерования В (это ширина обрабатываемой поверхности в направлении, па-

раллельном оси фрезы). У цилиндрических и торцовых фрез ширина фрезерования совпадает с шириной обрабатываемой заготовки, у дисковых фрез – с шириной паза, у концевых – с глубиной паза, уступа.

Прежде чем приступить к анализу толщины среза при фрезеровании, необходимо определить угол контакта δ – центральный угол, соответствующий дуге контакта фрезы с заготовкой.

Из треугольника ОВС (рис. 21, а)

Полученная формула справедлива только для цилиндрических, дисковых и фасонных фрез. Для торцовых фрез при симметричном резании (рис. 21, б) угол контакта

sin δ2 = D/B/ 22 = DB .

45

Рис. 20. Типы фрез: а – цилиндрическая; б – дисковая и пазовая; в – концевые; г, д – торцовые;

же – фасонная; ж – прорезная

аб

Рис. 21. Угол контакта при фрезеровании: а – цилиндрической фрезой; б – торцовой фрезой

46

Кроме полного угла контакта δ различают также мгно-

венный угол контакта ψ – цен-

тральный угол между радиусом, проведенным в начальную точку касания зуба фрезы с заготовкой, и радиусом, проведенным в точку мгновенного положения зуба.

Траекторией относительного рабочего движения точки режущей кромки фрезы является удлиненная циклоида. Поэтому стружка срезается в виде запятой (рис. 22), а толщина ее

изменяется от нуля до amax на выходе зуба из контакта с заготовкой. При используемых отношениях скорости движения детали к скорости вращения фрезы дуга циклоиды мало отличается от дуги окружности. Для упрощения математического описания размеров срезаемого слоя при фрезеровании дугу циклоиды можно заменить дугой окружности с диаметром, равным диаметру фрезы. Ошибка не будет превышать 1 %. На рисунке точка А соответствует моменту выхода из зоны контакта с заготовкой первого зуба, точка В – второго. Приняв длину дуги ВС равной длине отрезка ВС, получим AC = amax = = Sz sin δ. Для произвольного угла контакта ψ можно записать aψ =

= Sz sin ψ.

При фрезеровании иногда рассматривают понятия о средней и срединной толщине среза. Средняя толщина среза а = (amax +

+ amin)/2 = amax/2.

Срединная толщина среза, соответствующая углу контакта

δ/2, acp = Sz · sin(δ/2) = Sz(t/D)1/2.

47

Площадь поперечного сечения среза при фрезеровании

Произведение глубины резания на подачу или ширины среза на его толщину дает номинальную, или расчетную, площадь среза (мм2), которая при резании одной режущей кромкой равна f = tS = ab.

При резании одновременно двумя и более режущими кромками действительная площадь среза отличается от номинальной на площадь гребешков, остающихся на обработанной поверхности из-за наличия углов в плане и закругления вершины лезвия (см. рис. 21). Отличия эти незначительны, и ими для практических расчетов можно пренебречь.

Площадь поперечного сечения среза, снимаемая одним зубом цилиндрической фрезы с прямыми зубьями, f = Ва. Она изменяется, как и толщина среза, от нуля до максимума:

fmax = Bamax = BSz · sin δ = 2BSz(t/D – t2/D2)1/2.

При фрезеровании в работе участвуют одновременно несколько зубьев. Поэтому вводится понятие о суммарной площади поперечного сечения среза. Для ее определения необходимо знать, сколько зубьев одновременно находятся в работе и каков мгновенный угол контакта для каждого работающего зуба.

Количество зубьев фрезы, находящихся одновременно в работе, m = ηδ = 360δz °,

где δ – полный угол контакта фрезы с заготовкой; η – центральный угол между двумя соседними зубьями фрезы: η = 360/z; z – число зубьев фрезы.

Значение m округляется до ближайшего большего целого числа. Если 1 < m < 2, то одновременно в работе находится два зуба, если 2 < m < 3 – три зуба, и т.д. Число одновременно работающих зубьев тем больше, чем больше t и z и меньше D. Мгновенные углы контакта для работающих зубьев 1, 2, 3 фрезы (рис. 23, а): ψ1 = δ; ψ2 = δ – η;

ψ3 = δ – 2η и т.д.

48

Так как для каждого i-го зуба площадь поперечного сечения среза fi = BSz · sin ψ, суммарная площадь поперечного сечения среза, снимаемого прямозубой фрезой,

Толщина среза для фрезы с винтовыми зубьями подсчитывается так же, как и для фрезы с прямыми зубьями: ax = Sz sin ψx. Но эта толщина переменная не только вдоль дуги контакта (в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы), но и вдоль длины режущей кромки зуба, так как вследствие винтового расположения этой кромки мгновенные углы контакта для разных ее точек различны (рис. 23, б).

а

б

Рис. 23. Расчетная схема для определения площади среза цилиндрической фрезой с прямыми (а) и винтовыми (б) зубьями

49

Возьмем на режущей кромке зуба точку на расстоянии х от его конца. Элементарный участок кромки dх срезает слой толщиной аx и поперечным сечением df:

Поперечное сечение слоя, срезаемого винтовым зубом фрезы,

Суммарное сечение слоя, срезаемого одновременно работающими винтовыми зубьями фрезы,

где ψ1, ψ2 – углы контакта двух крайних точек i-й винтовой режущей кромки, участвующих в работе; ω – угол наклона винтовой канавки фрезы.

Основное время резания

Время непосредственного срезания стружки называется основ-

ным временем выполнения технологической операции. Это время ра-

бочего хода, т.е. движения инструмента относительно детали со скоростью подачи. Для каждого прохода машинное время рассчитывается по следующей формуле:

to = Lp.x /Sx = Lp.x /(nSo),

где Lp.x – длина рабочего хода: Lp.x = l + l1 + l2; l – длина поверхности детали, по которой осуществляется перемещение в направлении подачи; l1 – длина врезания режущей кромки до набора полной глубины резания; l2 – перебег инструмента или детали в направлении подачи.

50