Раздел I. Обработка резанием
1. Характеристики способов обработки резанием, деформации и силы резания
1.1. Способы обработки резанием
Классификация способов обработки резанием может быть проведена по таким признакам, как: геометрическая определенность (или неопределенность) режущих элементов, расположение обработанных поверхностей (внутренних или внешних), направления движений резания и подачи, способы установки и закрепления заготовок, особенности конструкции режущих инструментов, и др. Схемы некоторых способов лезвийной обработки представлены на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Способы лезвийной обработки: а) продольное точение, б) строгание, в) сверление, г) протягивание, д) фрезерование концевой фрезой, е) торцовое фрезерование, ж) фрезерование цилиндрической фрезой
Движение резания – это такое относительное движение детали и инструмента, которое без движения подачи осуществило бы только однократный cъем cрезаемого слоя за один оборот или ход.
Движение подачи совместно с движением резания обеспечивает многократный или постоянный съем срезаемого слоя в течение нескольких оборотов или ходов.
Давая определения способам лезвийной обработки, необходимо охарактеризовать движение резания, движение подачи и режущий инструмент.
Под точением обычно имеют в виду обработку резцом с замкнутым (чаще всего круговым) движением резания и любым движением подачи в плоскости, перпендикулярной направлению движения резания (рис. 1.2).
При движении подачи вдоль оси вращения детали точение называют продольным. Обработанная поверхность в этом случае представляет собой цилиндр.
Рис. 1.2. Схемы точения: а) продольное точение проходным отогнутым резцом и торцовое точение (подрезка торца) подрезным резцом, б) продольное точение и подрезка торца проходным упорным резцом
При поперечном (торцовом) точении движение подачи перпендикулярно оси вращения, при токарной обработке цилиндрических, торцовых и конических поверхностей направление подачи составляет с осью вращения постоянный угол. При токарной обработке фасонных поверхностей этот угол изменяется.
Строгание – способ лезвийной обработки при прямолинейном возвратно-поступательном движении резания и дискретном прямолинейном движении подачи, осуществляемом в направлении, перпендикулярном движению резания (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Схема строгания: а) в плоскости стружкообразования, б) в основной плоскости, в) в плоскости резания
При протягивании (рис. 1.4), нарезании резьбы, зубообработке съем металла обеспечивается за счет относительного смещения различных режущих кромок (зубьев). В этих случаях имеет место «скрытая» или «конструктивная» подача.
При
строгании, точении, сверлении угол
контакта
постоянен и равен 90.
Поэтому эти способы относят к стационарному
резанию.
К обработке отверстия с замкнутым круговым движением резания и движением подачи в направлении оси вращения могут быть отнесены сверление, зенкерование, развертывание, растачивание цилиндрических поверхностей. При этом скорости движения резания и подачи перпендикулярны.
В этих случаях несколько различных способов обработки имеют одну и ту же принципиальную кинематическую схему.
Рис. 1.4. а) обработка отверстия протяжкой, б) обработка отверстия прошивкой
Сверление – это обработка отверстия, как правило, в сплошном материале с замкнутым кругообразным движением резания при движении подачи инструмента в направлении оси вращения (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Схема сверления в основной плоскости: 1 – деталь, 2 – сверло, 3 – стружка
Аналогичные определения могут быть даны для зенкерования и развертывания. Отличия состоят лишь в том, что производится обработка отверстий, ранее полученных другими способами (литьем, давлением, сверлением), а также в конструкции режущих инструментов (зенкеров, разверток). Это означает, что эти способы обработки отверстий могут быть осуществлены на одном и том же металлорежущем станке.
Обработку инструментом, которому сообщается вращательное движение резания при любых направлениях подачи в плоскости, перпендикулярной оси вращения (рис. 1.6), называют фрезерованием.
Рис. 1.6. Способы фрезерования: а) цилиндрической фрезой, б) фасонной фрезой, в) торцевой фрезой, г) угловой фрезой, д, е) концевой фрезой, ж) дисковой двухсторонней фрезой
Угол между скоростью резания v и подачей s является угловой координатой, характеризующей положение зуба, его называют углом контакта .
Рис. 1.7. Схема торцового фрезерования: а) в основной плоскости: 1– фреза,
2 – деталь, 3 – стружка в основной плоскости; б) в рабочей плоскости
Особенностью процессов фрезерования в сравнении со строганием является переменность угла контакта θ. Способы лезвийной обработки с изменяющимся углом θ между скоростью резания v и подачей S относят к нестационарному резанию. Это связано с изменением нормальной к скорости резания составляющей подачи Sθ, влияющей на толщину срезаемого слоя.
Фрезерование применяется также для обработки резьб и зубьев. Зубчатые колеса обрабатывают методом копирования профиля (рис 1.8) и методом обкатки (рис. 1.9)
Рис. 1.8. Фрезерование зубчатых колес методом копирования дисковыми (а) и пальцевыми (б) фрезами
Рис. 1.9. Схема зубонарезания червячной фрезой по методу обкатки зубчатого колеса с рейкой
Червячная фреза изготавливается на базе червяка, на котором прорезаны стружечные канавки. Пересечение стружечных канавок с витками червяка образует рейку. Вращение червяка имитирует перемещение рейки. При этом колесо должно вращаться, обкатываясь с рейкой. Движение подачи фрезы (или колеса) осуществляется вдоль оси вращения нарезаемого колеса.
Шлифование – это обработка инструментом, имеющим много режущих элементов (зерен), геометрическая неопределенность которых образуется большим числом абразивных зерен из природных или синтетических шлифовальных материалов случайным образом расположенных и сориентированных в абразивном инструменте (шлифовальном круге).
Процесс шлифования характеризуется весьма малыми значениями толщины слоя, срезаемого каждым зерном. Однако благодаря одновременному участию в процессе шлифования большого числа абразивных зерен может быть достигнута относительно высокая производительность резания и небольшая шероховатость обработанной поверхности.
Абразивная обработка существенно расширяет технологические возможности формообразования резанием. Это относится к окончательной обработке деталей с высокими требованиями к точности и шероховатости, прошедших термическую обработку и имеющих высокую твердость. Например, при шлифовании сравнительно легко можно обеспечить допуск до 0,5 мкм по некруглости, до 4 мкм – по точности сопряжения. При обычном шлифовании достигается шероховатость поверхности Rа = 0,63–1,25 мкм (7–8-й класс), при тонком шлифовании – Rа = 0,16–0,32 мкм (9–10-й класс), а при отделочных операциях (притирке, доводке, хонинговании, полировании, суперфинишировании) – Rа = 0,04–0,08 мкм (11–12-й класс) и выше.