Технология конструкционных материалов
.pdf500 |
Раздел VI. Обработка резанием |
главного вращательного движения резца или другого режущего ин струмента и движения подачи, сообщаемого инструменту или заго товке.
23.4.1. Характеристика метода растачивания и режущий инструмент
За скоростьрезания (м/мин) принимают окружную скорость (рис. 23.18, а) вращающегося режущего инструмента:
пDn
v= ----- ,
100
где D —диаметр обработанной поверхности, мм; п — частота враще ния режущего инструмента, об/мин.
Подача S (мм/мин; мм/об) — это перемещение режущего инстру мента (или заготовки) относительно обрабатываемой поверхности.
Глубинареза t (мм) при растачивании отверстий равна:
где D — диаметр отверстия после обработки, мм; d — диаметр отвер стия до обработки, мм.
На расточных станках производят сверление, зенкерование, раз вертывание, растачивание, нарезание резьбы, торцевое обтачивание плоскостей и фрезерование.
Наиболее простыми расточными инструментами являются про ходные, подрезные, канавочные и резьбовые резцы (рис. 23.18, б). Для растачивания отверстий диаметром больше 20 мм применяют одно- и двухлезвийные пластинчатые резцы (рис. 23.18, в). Растачива ние сквозных и глухих отверстий диаметром 45...70 мм выполняют с помощью блоков (рис. 23.18, г), которые представляют собой сбор ную конструкцию, состоящую из корпуса 1и вставных регулируемых резцов 2, закрепленных винтами 3 и 4. Для обработки отверстий боль шого диаметра применяют расточные головки (рис. 23.18, д).
Режущий инструмент на расточных станках закрепляют с помо щью консольных оправок и патронов.
Глава 23. Металлорежущие станки |
501 |
А-А
Рис. 23.18. Схема и инструменты для растачивания отверстий:
а — схема растачивания отверстий; б — расточные резцы; в — пластинчатые резцы; г — расточной блок; д — расточная головка
23.4.2. Расточныестанки
Различают горизонтально-расточные, координатно-расточные и отде лочно-расточные станки. Горизонтально-расточные станки (рис. 23.19) обладают широкой универсальностью. На станине 1установлена стой ка 7, на вертикальных направляющих которой перемещается шпин дельная бабка 8 с коробками скоростей и подач. Шпиндель коробки скоростей полый, на нем закреплена планшайба 6 с радиальным суп портом 4. Внутри полого шпинделя находится расточной шпиндель 5. Задняя стойка 3 с люнетом 2 предназначена для поддержания расточ ных оправок. Заготовку устанавливают на поворотном столе 11, со стоящем из салазок 10, перемещающихся вдоль станины, и каретки 9, которая может передвигаться в поперечном направлении.
Главным движением является вращение расточного шпинделя или планшайбы. Движение подачи в зависимости от характера обрабаты ваемых поверхностей получает стол (заготовка) или инструмент за счет осевого перемещения расточного шпинделя 5, радиального пере мещения суппорта 4 или вертикального перемещения шпиндельной бабки 8 по направляющим стойки 7.
502 |
Раздел VI. Обработка резанием |
Рис. 23.19. Горизонтально-расточной станок
Координатно-расточные станки используют для обработки отвер стий и плоскостей с точными линейными и угловыми координатами (штампы, пресс-формы, шаблоны, кондуктора), для разметки и кон троля высокоточных заготовок и деталей. На рис. 23.20 показана схема одностоечного координатно-расточного станка. На станине 1находит ся стойка 2, на которой расположена коробка скоростей 3 и расточная головка 4со шпинделем 5. Заготовкуустанавливают на заданные коор динаты относительно инструмента перемещением стола 6 в двух вза имно-перпендикулярных направлениях: продольном по направляю щим салазок 7и поперечном по направляющим станины 1.Для точного отсчета координат на станке имеются оптические устройства. Точность координатных перемещений достигает 0,001 мм.
Глава 23. Металлорежущие станки |
503 |
Рис. 23.21. Отделочно-расточной станок
Отделочно-расточныестанки (рис. 23.21) применяют для растачи вания отверстий резцами из сверхтвердых материалов. На станине 1 расположена расточная головка 2, в которой находится шпиндель. Заготовку закрепляют на столе 3, перемещающемся по направляю щим станины с продольной подачей, которая регулируется механиз мом подач 4. Высокая точность и малая шероховатость обработанной поверхности обеспечиваются применением высоких скоростей реза ния, небольших подач и глубин резания.
Эти станки, в частности, применяют для растачивания отверстий
вблоках цилиндров и гильзах двигателей.
23.5.Обработкана фрезерныхстанках
Фрезерование — это метод обработки заготовок, при котором инстру мент (фреза) совершает непрерывное главное вращательное движе ние, а заготовка — поступательное движение подачи. Отличительная черта фрезерования — высокая производительность и разноплано вая, с точки зрения геометрических форм поверхностей, обработка.
23.5.1. Общее представлениео фрезеровании
Фреза представляет собой тело вращения, по периферии или на торце которого расположены режущие элементы — зубья фрезы. Каждый зуб можно рассматривать как резец с присущими ему геометрическими и конструктивными параметрами, такими как передние и задние по верхности, главные и вспомогательные режущие кромки. Конструк ция фрезы как многолезвийного инструмента предопределяет харак тер процесса резания — его прерывистость. Каждый зуб находится
504 |
Раздел VI. Обработка резанием |
в контакте с заготовкой только какую-то часть оборота. Вследствие этого врезание фрезы в заготовку сопровождается ударами и приво дит к неравномерности резания. Такой режим обработки вызывает вибрации, повышенное изнашивание зубьев и отрицательно сказы вается на точности обработки и шероховатости поверхности детали.
На рис. 23.22 показаны схемы фрезерования плоскости цилинд рической и торцевой фрезами. При цилиндрическом фрезеровании плоскостей работу резания выполняют зубья, расположенные на ци линдрической поверхности фрезы. При торцевом фрезеровании плос костей в работе резания участвуют зубья, расположенные на цилин дрической и торцевой поверхностях фрезы.
а
Рис. 23.22. Фрезерование цилиндрической (а) и торцевой (б) фрезами: 1— заготовка; 2 —фреза
Цилиндрическое и торцевое фрезерование плоскостей в зависи мости от направлений вращения фрезы и подачи заготовки можно осуществлять двумя способами:
□против подачи (встречное фрезерование), когда направление подачи противоположно направлению вращения фрезы;
□по подаче (попутное фрезерование), когда направления подачи
ивращения фрезы совпадают.
При встречном фрезеровании (рис. 23.23, а) резание начинается в точке А, когда толщина срезаемого слоя а = 0, и заканчивается
Глава 23. Металлорежущие станки |
505 |
в точке В с наибольшей толщиной срезаемого слоя атах. При этом нагрузка на зуб фрезы возрастает от нуля до максимума, а сила, дей ствующая на заготовку со стороны фрезы, стремится оторвать ее от стола, что приводит к вибрациям и увеличению шероховатости об работанной поверхности. Преимуществом этого метода является ра бота зубьев фрезы «из-под корки», т. е. фреза подходит к твердому поверхностному слою снизу. Недостаток — наличие начального
Рис. 23.23. Способы фрезерования: а — встречное; б — попутное
скольжения зуба по наклепанной поверхности, образованной пре дыдущим зубом, что вызывает повышенный износ фрезы.
При попутном фрезеровании (рис. 23.23, б) резание начинается в точке В с наибольшей толщиной срезаемого слоя атти заканчива ется в точке А с толщиной срезаемого слоя а = 0. Нагрузка на зуб фрезы изменяется от максимальной до нуля, а сила, действующая на заготовку, прижимает ее к столу станка, что уменьшает вибрации. Попутное фрезерование исключает начальное проскальзывание зу ба, износ фрезы и шероховатость обработанной поверхности.
23.5.2. Режим исилы резания прифрезеровании
При фрезеровании фреза, вращаясь вокруг своей оси, образует тело вращения, режущие элементы которого формируют ту или иную по верхность, снимая припуск. Режим резания при фрезеровании харак теризуют скорость резания v, подача 5пр, глубина резания t, ширина фрезерования В (см. рис. 23.22).
506 Раздел VI. Обработка резанием
Скорость резания v, т. е. окружная скорость вращения фрезы,
(м/мин) равна
itDn v = ----- ,
1000
где D — диаметр фрезы, мм; п — частота ее вращения, об/мин.
Подача — это величина перемещения обрабатываемой заготовки в минуту (SM, мм/мин), за время углового поворота фрезы на один зуб (5г, мм/зуб) или за время одного оборота фрезы (S0, мм/об). Они свя заны между собой следующей зависимостью:
S„ =SQn = S zzn,
где z — число зубьев фрезы.
Глубинарезания t —кратчайшее расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями.
Ширину фрезеруемой поверхности В измеряют в направлении, па раллельном оси фрезы при цилиндрическом фрезеровании и перпен дикулярном направлению движения подачи при торцевом фрезеро вании.
В процессе фрезерования каждый зуб фрезы преодолевает силу со противления металла резанию. Фреза должна преодолеть суммарные силы резания, которые складываются из сил, действующих на находя щиеся в контакте с заготовкой зубья. При фрезеровании цилиндриче ской фрезой с прямыми зубьями равнодействующую сил резания R, приложенную к фрезе в некоторой точке А, можно разложить на ок ружную силу Р, касательную к траектории движения точки режущей кромки, и радиальную силу Ру, направленную по радиусу. Силу R мож но также разложить на горизонтальную Рь и вертикальную Pvсостав ляющие (рис. 23.24, а). У фрез с винтовыми зубьями в осевом направ лении действует осевая сила Ра(рис. 23.24, б). Чем больше угол наклона винтовых канавок ю, тем она больше.
При больших значениях силы Раприменяют две фрезы с разными направлениями наклона зубьев. В этом случае осевые силы направле ны в разные стороны и взаимно уравновешиваются.
По окружной силе Р определяют эффективную мощность и произ водят расчет механизма коробки скоростей на прочность. Радиальная сила Р действует на опоры шпинделя станка и изгибает оправку, на которой крепят фрезу. Горизонтальная сила Phдействует на механизм
Глава 23. Металлорежущие станки |
507 |
подачи станка и элементы крепления заготовки, а осевая сила Ра— на подшипники шпинделя станка и механизм поперечной подачи стола. Вертикальная сила Руявляется основой для расчета механизма верти кальной подачи стола. В зависимости от способа фрезерования на правление и уровень сил изменяются.
Рис. 23.24. Силы резания при работе цилиндрической фрезой:
а— с прямыми зубьями; б—с винтовыми зубьями
23.5.3.Элементы игеометрические параметры цилиндрическойиторцевойфрез. Виды фрез
Цилиндрические и торцевые фрезы являются самыми распростра ненными из большой группы фрезерных инструментов. Они могут быть цельными и сборными, со вставными ножами. Зубья фрезы мо гут быть мелкими (для чистовой и получистовой обработки) и круп ными (для черновых операций).
На рис. 23.25, а показана цилиндрическая фреза с винтовыми зубья ми. Она состоит из корпуса 1и режущих зубьев 2. Зуб фрезы имеет сле дующие элементы: переднюю поверхность 3, заднюю поверхность 6, спинку зуба 7,ленточку 5и режущую кромку 4. Уцилиндрических фрез различают передний угол у, измеренный в плоскости А—А, перпенди кулярной к главной режущей кромке; главный задний угол а, измерен ный в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы; угол наклона зубьев ю. Передний уголуоблегчает образование и сходстружки. Главный зад ний угол а обеспечивает благоприятные условия перемещения задней поверхности зуба относительно поверхности резания и уменьшаеттре ние по этим поверхностям. Угол наклона зубьев ю обеспечивает более равномерные условия резания по сравнению с прямым зубом и опре деляет направление сходящей стружки.
508 |
Раздел VI. Обработка резанием |
а |
А-А |
а — цилиндрическая фреза; 6 — зуб торцевой фрезы; D — диаметр фрезы;
L — ширина фрезы
Стандартные фрезы имеют следующие значения углов: Y = 15°;
а= 16°;ю = 30...40°.
Узуба торцевой фрезы (рис. 23.25, б) режущий контур имеет более
сложную форму. Он состоит из главной режущей кромки 8, переход ной кромки 9 и вспомогательной кромки 10. Зуб торцевой фрезы имеет главный угол в плане <р, вспомогательный угол в плане ф, и угол наклона переходной кромки ф0. Чем меньше угол ф„ тем мень ше шероховатость обработанной поверхности (обычно он колеблет ся в пределах 5... 10°).
Фрезы различают по следующим параметрам:
□расположению зубьев на исходном цилиндре — торцевые, ци линдрические, трехсторонние;
□способу закрепления на станке — насадные, концевые;
□виду обрабатываемой поверхности — угловые, шпоночные, фа сонные, для Т-образных пазов, пазовые, отрезные, резьбовые, зубо резные;
□форме зуба — прямозубые, с винтовым зубом, с разнонаправ
ленным зубом;
□виду задней поверхности — острозаточенные, затылованные;
□материалу, из которого изготовлена режущая часть фрезы — из быстрорежущей стали, твердого сплава, керамики, синтетических
твердых материалов;
□способу закрепления режущих зубьев — цельные, с напаянны ми пластинками, с механическим креплением пластин;
□виду хвостовика для крепления фрезы в шпинделе — с цилинд рическим и коническим хвостовиком;
□размеру зубьев — с мелкими и крупными зубьями.
На рис. 23.26 показаны основные виды фрез и схемы обработки.
Глава 23. Металлорежущие станки |
509 |
Рис. 23.26. Виды фрез и схемы обработки фрезерованием