1.2. Методы формообразования поверхностей деталей машин

Пространственную форму детали определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки конструктор стремится использовать простые геометрические поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные. Геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей.

Например, для образования круговой цилиндрической поверхности прямую линию (образующую) перемещают по окружности (направляющей). При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев отсутствуют. Они воспроизводятся комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых согласованы между собой. Движения резания являются формообразующими.

Механическая обработка заготовок деталей машин реализует четыре метода формообразования поверхностей:

1) Образование поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента соответствует форме образующей обрабатываемой поверхности детали (рис. 1.2.1, а). Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.

2 ) Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точки заготовки (рис. 1.2.1, б). Движения резания формообразующие.

Рис. 1.2.1. Методы формообразования поверхностей

3) Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией 1 служит режущая кромка инструмента (рис. 1.2.1, в), а направляющая линия 2 поверхности касательная к ряду геометрических вспомогательных линий – траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.

4) Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) состоит в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки (рис. 1.2.1, г) благодаря согласованию двух движений подачи. Скорости движений согласуют так, что за время прохождения круглым резцом расстояния l он делает один полный оборот относительно своей оси вращения (см. рис. 1.2.1, г).

1.3. Режим резания и геометрия срезаемого слоя

При назначении режимов резания определяют скорость резания, подачу и глубину резания.

Скоростью резания V называют расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/с. Если главное движение вращательное (точение), то скорость резания, м/мин:

V= D_заг n / 1000,

где D_заг – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки в минуту.

Если главное движение возвратно-поступательное, а скорости рабочего и холостого ходов различны, то скорость резания, м/мин:

V=L m (k+1) / 1000,

где L – расчетная длина хода инструмента, мм; m – число двойных ходов инструмента в минуту; k – коэффициент, показывающий отношение скоростей рабочего и холостого ходов.

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот (рис 1.3.1), либо за один ход заготовки или инструмента. Подача в зависимости от технологического метода обработки имеет размерность мм/об – для точения и сверления; мм/дв. ход – для строгания и шлифования.

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. Глубину резания задают на каждый рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания имеет размерность мм.

При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют как полуразность диаметров до и после обработки (см. рис. 1.3.1):

t=(D_заг–d)/2,

г де d – диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

Форму срезаемого слоя материала рассмотрим на примере обтачивания цилиндрической поверхности на токарном станке. На рис. 1.3.1 показаны два последовательных положения резца относительно заготовки за время одного полного ее оборота.

Рис 1.3.1. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя

Резец срезает с заготовки материал площадью поперечного сечения f_ABCD, называемой номинальной площадью поперечного сечения срезаемого слоя f_н, мм². Для резцов с прямолинейной режущей кромкой f_н = f_ABCD = t•S, мм².

Форма и размеры номинального сечения срезаемого слоя материала зависят от S_пр и t, углов  и ₁ и формы режущей кромки. В процессе резания участвуют одновременно два движения, поэтому траекторией движения вершины резца относительно заготовки будет винтовая линия. Начав резание в точке А, резец вновь встретится с этой образующей цилиндрической поверхности только в точке В. Следовательно, не вся площадь поперечного сечения материала f_ABCD будет срезана с заготовки, а только часть ее, и на обработанной поверхности останутся микронеровности. Остаточное сечение срезаемого слоя f_о= f_аве. Действительное сечение срезаемого слоя материала f_д = f_вCDе будет меньше номинального f_н на величину площади осевого сечения микронеровностей.

Шероховатость – один из показателей качества поверхности – оценивается высотой, формой, направлением неровностей и другими параметрами. На шероховатость влияют режим резания, геометрия инструмента, вибрации, физико-механические свойства материала заготовки.