Процессы резания 2010 (Что-то вроде лекций или метод)

МВТУ, кафедра РЛ-3

РОДИОНОВ Е.М.

Конспект лекций по курсу

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ»

Раздел – «Технологические основы конструирования деталей, обрабатываемых резанием»

Редакция 2010 года

Методы обработки резанием поверхностей деталей оптикоэлектронных приборов

Метод механической обработки поверхности характеризуют обрабатывающий инструмент и “механика” процесса – движения детали и инструмента, осуществляемые в процессе обработки. Последние (движения) зависят от станка, следовательно, общее представление о методе обработки дают применяемые для обработки станок и инструмент.

При проектировании технологических процессов и конструировании деталей интересуют, прежде всего, возможность разных методов обработки в следующих трех направлениях:

1) допускаемая методом величина припуска на обработку, так как, разрабатывая операцию техпроцесса, нужно назначать операционный припуск;

2) точность обработки поверхности (точность метода обработки), так как операция должна обеспечивать определенную точность обработки;

3) время обработки поверхности (производительность), так как операция должна быть рассчитана на определенную производительность.

На этом основании возможности, даваемые методом в названных направлениях (допустимый припуск, точность, время обработки) называют технологическими возможностями метода обработки.

Выбирая метод обработки, ориентируются, прежде всего, на его технологические возможности.

Глава I. Механические основы обработки металлов

1. Классификация движений в металлорежущих станках Схемы обработки резанием

Обработка металлов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла для получения требуемой геометрической формы, точности размеров и шероховатости поверхностей детали.

Для осуществления процесса резания необходимо наличие относительных движений между заготовкой и режущим инструментом. Каждый станок имеет рабочие органы (шпиндели, суппорты, столы и др.), которым сообщаются движения, определяемые назначением станка и характером выполняемых видов обработки. Движение рабочих органов станков подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные.

Движения, при которых с обрабатываемой заготовки срезается слой металла и изменяется состояние обработанной поверхности, называют движением резания. К ним относят главное движение и движение подачи. Движение, определяющее скорость отделения стружки, принимают за главное движение – скорость резания. Движение, обеспечивающее непрерывность резания режущего инструмента в новые слои материала, принимают за движение подачи.

Главное движение, скорость которого обозначают буквой V, может быть непрерывным или прерывистым, а по своему характеру вращательным, поступательным, возвратно-поступательным и т.д. Движение подачи, скорость которого обозначается буквой S, может быть непрерывным или прерывистым, а по своему характеру вращательным, поступательным и т.д.

При обработке резанием главное движение имеет заготовка (точение) или инструмент (фрезерование); движение подачи имеет инструмент (точение) или заготовка (фрезерование).

Движения рабочих органов станка, обеспечивающие такое положение инструмента относительно заготовки, при котором с нее срезается определенный слой материала, называют установочными движениями. На схемах обработки их обозначают S_t.

Движения рабочих органов станка, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания и служат для транспортировки и закрепления заготовки или инструмента, быстрых перемещений рабочих органов, переключения скоростей резания и подач и т.п., называют вспомогательными движениями.

Под схемой обработки понимают условное изображение обрабатываемой заготовки, ее установки и закрепления на станке с указанием положения режущего инструмента относительно заготовки и движений резания. Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на оригинале схемы выделяют другим цветом, на светокопиях – утолщенными линиями.

Рис. 1. Схемы обработки заготовок: а-точением, б-шлифованием; 1-обрабатываемая поверхность, 2-поверхность резания, 3-обработанная поверхность.

На рис. 1 показаны схемы обработки точением и шлифованием. В дальнейшем при рассмотрении технологических методов обработки на схемах указывается характер движений и их технологическое назначение.

В процессе обработки на заготовке различают (рис. 1, а): обрабатываемую поверхность 1, с которой срезается слой материала, обработанную поверхность 3, с которой срезан слой материала и превращен в стружку, и поверхность резания 2, образованную главным режущим лезвием инструмента и являющуюся переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

2. Методы формообразования поверхностей деталей приборов резанием

Деталь – это элемент, являющийся составной частью прибора или его узла¹. Пространственная форма детали ограничивается геометрическими поверхностями. Как бы ни была сложна форма детали, ее всегда можно представить в виде отдельных геометрических поверхностей, из которых наиболее часто встречаются плоские, линейчатые, круговые, цилиндрические и конические, шаровые, торовые и геликоидные (винтовые) поверхности (рис. 2).

Любую поверхность рассматривают как совокупность последовательных положений (следов) одной из производящей линии, называемой образующей (1), движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей (2, и ).

Для получения плоской поверхности (рис. 2, а) необходимо образующую прямую линию 1 перемещать по направляющей прямой 2. Для образования цилиндрической поверхности (рис. 2, в) следует образующую прямую линию 1 перемещать по направляющей линии – окружности 2 и т.д.

Плоские, линейчатые и цилиндрические поверхности являются обратимыми, так как для их воспроизведения образующие и направляющие линии можно менять ролями. Кроме обратимых поверхностей, есть необратимые, например геликоидная, торовая, шаровая и коническая поверхности. Коническая поверхность (рис. 2, г) получают при перемещении одного конца прямой образующей линии 1 по направляющей линии 2 – окружности основания конуса, а второй конец образующей прямой линии 1 должен быть неподвижным.

Рис. 2. Виды поверхностей: а-плоская, б-линейчатая, в - цилиндрическая, г - коническая, д- сферическая, е - торовая, ж - геликоидная; 1-образующая, 2-направляющая.

В реальных условиях образования поверхностей деталей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев являются воображаемыми. При обработке они воспроизводятся комбинацией согласованных между собой движений заготовки и инструмента. Движения резания и являются формообразующими движениями, так как они воспроизводят во времени образующие и направляющие линии. Формообразующих движений может быть одно или несколько.

Существующие методы формообразования поверхностей рассмотрим на конкретных примерах обработки резанием.

Образование поверхностей по методу копирования заключается в том, что форма режущего лезвия инструмента является образующей линией 1, совпадающей по форме с образующей линией поверхности (рис. 3, а) или имеющей форму, обратную ей (рис. 3, б). Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки (рис. 3, а) или поступательным движением инструмента (рис. 3, б), которые и являются формообразующими. Второе движение, направленное перпендикулярно обрабатываемой поверхности, необходимо для получения определенного размера поверхности. Этот метод используют при обработке фасонных поверхностей на металлорежущих станках.

Рис. 3. Схемы методов формообразования поверхности.

Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущего лезвия инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точек заготовки (рис. 3, в). В этом случае оба движения резания (V и S_пр) являются формообразующими. Этот метод формообразования поверхностей распространен наиболее широко.

Образование поверхностей по методу касания заключается в том, что направляющей линией 2 служит касательная к ряду геометрических вспомогательных линий, являющихся траекториями движения точек режущего инструмента. Образующей линией 1 служит режущее лезвие инструмента (рис. 3, г), а формообразующим движением – подача S_пр.

Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) состоит в том, что образующая линия 1 (рис. 3, д.) является огибающей кривой ряда последовательных положений режущего лезвия инструмента в результате двух согласованных относительных движений заготовки и инструмента (S₁ и S₂). Направляющая линия 2 образуется поступательным движением инструмента.

На металлорежущих станках в зависимости от вида обрабатываемой поверхности используют разные методы их формообразования.

3. Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

Элементами процесса резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Совокупность этих величин называют режимом резания.

Рис. 4. Элементы резания и геометрия срезаемого слоя.

Скорость резания (V) называют путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания измеряют в м/мин при всех видах обработки резанием, кроме шлифования, полирования и некоторых других, где ее измеряют в м/с.

Если главное движения является вращательным (точение), то скорость резания (в м/мин).

,

где D_заг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки, об/мин.

Если главное движение является возвратно-поступательным, причем скорости рабочего и холостого ходов разные, то и средняя скорость (в об/мин):

,

где L – расчетная длина хода резца, мм; m – число двойных ходов резца в минуту; k – коэффициент, характеризующий отношение скоростей рабочего и холостого ходов ( ).

Подачей называют путь точки режущего лезвия инструмента (рис. 4) относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или за один двойной ход заготовки или инструмента. При разных технологических методах обработки подача имеет одну из следующих закономерностей: мм/об – точение, сверление; мм/дв.ход – строгание, долбление; мм/мин – фрезерование и т.д.