1

1. Строгание

Строгание применяется для обработки плоских и фасонных поверхностей на поперечно-строгальных или продольно - строгальных станках.

Рис.1 Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя

Главным движением D_r при строгании является возвратно-поступательное движение резца при работе на поперечно-строгальном станке или стола с заготовкой - в случае продольно-строгальных станков; движением подачи D_s - перемещение заготовки в направлении перпендикулярном главному движению. Процесс резания проходит во время рабочего хода резца, при обратном ходе он отсутствует.

Особенности процесса строгания

1. Из-за наличия возвратно-поступательного движения для уменьшения сил инерции снижается скорость главного движения. 2. Инструмент находится в контакте с заготовкой только при рабочем ходе, при обратном ходе он не участвует в процессе резания. 3. В контакт с заготовкой РИ входит с ударом, что может привести к разрушению режущей части РИ. По этой причине строгальные резцы более массивные по сравнению с токарными. 4. Для исключения или уменьшения «заедания» резцы делают изогнутыми (рис.2) (для формы (б) изгиб стержня резца вокруг точки О под действием сил строгания вызывает внедрение вершины резца в обрабатываемую поверхность заготовки, для формы (а) этого не происходит).

Рис.2 Форма строгальных резцов

Рассмотрим элементы режима резания и геометрию срезаемого слоя при строгании:

1. Скорость главного движения

где к -число двойных ходов (двойной ход/мин);

L - длина хода инструмента (мм); L=l+l₁+l₂ где l-длина обработанной поверхности, мм; l₁ , l₂ - дополнительные длины, мм; m - коэффициент учитывающий обратный ход инструмента (, где и - соответственно скорости рабочего и холостого ходов инструмента);

2. t - глубина резания (мм);

3. Подача S - величина относительного перемещения резца и заготовки в направлении перпендикулярном к главному движению за один двойной ход (мм/дв. ход);

Скорость движения подачи V_s (или минутная подача):

S_{мин =}V_s=S k (мм/мин);

4. T₀ - основное технологическое время :

мин.

где В - ширина обработанной поверхности, и - соответственно врезание и перебег инструмента (мм).

Геометрия срезаемого слоя:

1. a - толщина срезаемого слоя

а=S sin

2. b - ширина срезаемого слоя

3. - площадь срезаемого слоя

4.

2. Сверление

Сверление - это способ обработки резанием цилиндрических отверстий в сплошном металле. При сверлении достигается точность получения отверстий по 11-13 квалитету; шероховатость обработанной поверхности до Rz 40.

Особенности процесса резания при сверлении являются:

1. Переменная величина переднего угла и главного заднего угла по длине режущей кромки;

2. Наличие поперечной кромки, которая не режет, а мнет металл;

3. Затруднен отвод стружки и подвод СОЖ в зону резания;

4. Трудности конструктивного обеспечения высокой жесткости сверла.

Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя при сверлении представлены на рис.7.

1. Скорость главного движения:

м/мин;

2. Глубина резания: t=D/2 (мм);

3. Подача на оборот: S₀, (мм/об); на каждую режущую кромку приходится величина, равная So/2;

4. Минутная подача, скорость движения подачи:

V_s=S_мин=S₀ n (мм/мин);

5. Основное технологическое время:

6.

T₀=L/V_s= (мин).



Рис.7 Элементы режима резания и геометрии срезаемого слоя

Геометрия срезаемого слоя: Толщина срезаемого слоя:

;

1. Ширина срезаемого слоя:

;

2. Площадь срезаемого слоя:

На поперечной кромке толщина и ширина “срезаемого слоя” (сминаемого слоя) будут соответственно равны:

и

где d_c - диаметр сердцевины или длина поперечной кромки.

3. Силы и момент при сверлении (схемы действия сил и моментов, формулы для расчета).

Рассмотрим осевую силу, крутящий момент и мощность при сверлении

Рис.8 Схема сил, действующих на сверло в процессе резания

В процессе резания на сверло действует осевая сила P₀, которая складывается из следующих составляющих (рис.8):

где P_x - силы сопротивления на главной режущей кромке;

P_п - силы сопротивления на поперечной кромке;

P_тр - силы трения, действующие на вспомогательной режущей кромке.

Наибольшая часть осевой силы приходится на поперечную кромку (Р_п=57%), на режущую кромку несколько меньше (Р_х=40%) и наименьшая - на вспомогательную кромку (Р_тр=3%).

Осевая сила противодействует движению подачи. По ней рассчитывают на прочность детали механизма подачи станка. При больших вылетах осевая сила вызывает продольный изгиб сверла.

Осевую силу можно рассчитать по формуле:

C_P - коэффициент, зависящий от свойств инструментального и обрабатываемого материалов и условий резания;

x_р , y_р - показатели степени влияния соответственно диаметра и подачи на осевую силу.

k_P - коэффициент на измененные условия резания.

Более точно осевую силу можно определить, исходя из формул для токарной обработки. Принимая во внимание соотношение сил P_X и P_П и пренебрегая силой P_ТР из-за ее малой величины, можно записать:

P₀=2,5 Рx.

Подставляя в данное выражение формулу для расчета составляющей силы Р_х при токарной обработке, получим

.

Учитывая выражения для определения толщины и ширины срезаемого слоя при сверлении и угол в плане , окончательно получим:

Значения коэффициента Ср, показателей степени x, y и коэффициента Кр берутся из таблиц для токарной обработки ( аналогично и для других формул, которые будут рассматриваться далее).

Крутящий момент при сверлении будет образовываться следующими силами (рис.9):

Рис.9 Схема сил, образующих крутящий момент при сверлении

М=М_Pz+M_Pzп+М_Pzтр,

где М_Рz - момент от сил Р_z, действующих на главных режущих кромках;

М_Рzп - момент от сил Р_zп, действующих на поперечной кромке;

М_Рzтр - момент от сил трения, действующих на вспомогательных режущих кромках.

Большая часть крутящего момента приходится на главные режущие кромки (М_Рz составляет 80%). На долю момента от сил трения приходится 12% и наименьший вклад в крутящий момент вносят силы Р_zп (доля М_Рzп составляет 8%).

Эмпирическая формула для определения крутящего момента имеет вид:

,

где С_м, х_м, y_м и k_м - коэффициенты и показатели степени аналогичные как в формуле для определения осевой силы Р_о.

Определим крутящий момент исходя из формул для токарной обработки.

Учитывая соотношение моментов от сил резания, можно записать:

М=1,25 М_Pz=1,25 P_z (D/2).

Подставляя в данное выражение формулу для расчета силы Р_z и толщины и ширины срезаемого слоя, получим:

По крутящему моменту рассчитывают на прочность и жесткость шпиндель и детали механизмов привода главного движения станка.

Силы Р_у, действующие на обоих главных режущих кромках сверла (рис.10) и направленные на встречу друг другу, теоретически должны уравновешиваться. Однако, вследствие неточности заточки сверла (неодинаковой величине углов и длин главных режущих кромок) силы Р_у не равны. Неравенство данных сил приводит к “разбиванию” отверстия (увеличению диаметра отверстия по сравнению с диаметром сверла). “Разбивание” отверстия вызывает другую погрешность - увод оси сверла от геометрической оси отверстия.

3. Влияние различных факторов на осевую силу и крутящий момент при сверлении

Увеличение подачи и диаметра сверла ведет к росту площади срезаемого слоя и объёму снимаемого материала, что вызывает повышение осевой силы и крутящего момента.

Большее влияние на величины Po и Mкр оказывает диаметр, чем подача, т.к. диаметр при сверлении определяет глубину резания (t=D/2). При этом если подача примерно одинаково влияет как на осевую силу, так и на крутящий момент, то диаметр больше влияет на величину Mкр, чем на Po. Это объясняется тем, что при увеличении диаметра D увеличивается не только сила Pz, но и плечо, на котором действует данная сила.

Влияние угла геометрии сверла на осевую силу и крутящий момент представлено на рис.12. С увеличением угла наклона винтовой линии щ передний угол г также возрастает. Повышение угла г облегчает процесс резания, способствует снижению сил резания. Следовательно и осевая сила и крутящий момент будут уменьшаться (рис.12,а).

Увеличение двойного угла в плане 2ц приводит к росту силы Рх, направленной вдоль оси сверла, и к снижению силы Рz. Следовательно с ростом угла 2ц осевая сила будет возрастать, а крутящий момент - снижаться (рис.12,б).

При увеличении длины поперечной кромки lп(dс) возрастает площадь смятия материала и растет составляющая Рп (рис.13), увеличивается также плечо, на котором действуют силы Рzп. Следовательно с ростом длины поперечной кромки возрастает как осевая сила, так и крутящий момент (рис.13,а).

Длина поперечной кромки оказывает большее влияние на величину силы Ро, т.к. доля сил, действующих на поперечной кромке, в общей силе Ро составляет 57%, а доля крутящего момента от этих сил в общем Мкр всего 8%.

При увеличении длины отверстия lотв возрастают силы трения (силы Ртр и Рzтр - рис.13,б). Следовательно с ростом длины отверстия осевая сила и крутящий момент увеличиваются (рис.13,б). Большее влияние величина lотв оказывает на крутящий момент Мкр, чем на силу Ро, т.к. доля момента от сил Рzтр составляет в общей величине М_Pzтр 7-12%, а доля сил Ртр в осевой силе всего 3%.

Мощность при сверлении складывается из двух составляющих - мощности затрачиваемой на вращение и на подачу (перемещение сверла):



Учитывая, что второе слагаемое существенно меньше первого, окончательно имеем:

(кВт),

где М измеряется в , n - об/мин.

Допускаемая скорость резания при сверлении определяется по формуле:

где m - показатель относительной стойкости; C_V, x_V, y_V и К_V коэффициенты и показатели степени по аналогии с предыдущими эмпирическими зависимостями.

4. Влияние различных факторов на допускаемую скорость резания при сверлении.

С увеличением диаметра сверла, несмотря на рост сил резания, повышается теплоотвод из зоны резания в тело инструмента, и допускаемая скорость резания возрастает (рис.14, а). Рост подачи снижает допускаемую скорость из-за увеличения температуры резания (рис. 14, б).



1

Повышение глубины просверливаемого отверстия также снижает допускаемую скорость резания из-за ухудшения тепловой напряженности в зоне резания.

Допускаемая скорость резания может быть повышена за счет применения различных форм заточки сверла.

Двойная заточка сверла (рис.15) заключается в том, что сверло дополнительно затачивается под двойным углом в плане при вершине 2ц_о, равным 70^о - 80^о. Повышение допускаемой скорости резания при двойной заточке обеспечивается за счет: увеличения теплоотвода в тело сверла из-за роста длины режущих кромок; снижения тепловой нагрузки на уголок сверла из-за уменьшения толщины срезаемого слоя а₂ на длине режущей кромки, примыкающей к уголку; снижения тепловой напряженности уголка сверла из-за повышения его массивности.

Подточка перемычки (рис.16) заключается в уменьшении длины поперечной кромки (lп). Уменьшение длины поперечной кромки ведет к снижению осевой силы и крутящего момента при резании, что позволяет повысить допускаемую скорость резания.

Подточка ленточки заключается в образовании заднего угла на некоторой ее части (рис.16). Такая заточка снижает трение на ленточках сверла и допускаемую скорость V_доп можно увеличить.

6.Зенкерование. Конструкция и геометрия зенкера. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя.

Зенкерование - процесс обработки резанием предварительно полученного отверстия с целью достижения более высокой точности обработки (по размерам, геометрической форме, взаимному расположению) и меньшей шероховатости поверхности.

Зенкерование может быть окончательным методом обработки или предварительным перед развертыванием.

Точность обработки - 8-11 квалитет, шероховатость - до Ra 2,5 мкм.

Особенности процесса зенкерования по сравнению со сверлением:

1. Большее число режущих зубьев (режущих кромок) - z=3-4, обеспечивающее лучшее направление инструмента в отверстии и отсутствие поперечной кромки;

2. Меньшие углы в плане (45-60^о), что обеспечивает резание с более меньшими толщинами срезаемого слоя и при прочих равных условия дает меньшие нагрузки на единицу длины режущей кромки;

3. Меньшие припуски, равные 0,5-5 мм на сторону, что уменьшает суммарную величину действующих сил резания;

4. Большая, по сравнению со сверлами, жесткость корпуса инструмента.

Конструктивные и геометрические параметры зенкера показаны на рис. 17.

Рис.17 Конструкция и геометрия зенкера концевого

Зенкер по аналогии со сверлом имеет рабочую часть (l), снабженную стружечными канавками, и включающую в себя режущую (l₁) и направляющую (l₂) части, а также крепежную часть (l₃). Стружечные канавки могут быть прямыми и винтовыми.

К геометрическим параметрам зенкера относятся: - главный угол в плане, - угол наклона стружечных канавок, - передний угол и - главный задний угол.

Рассмотрим элементы режима резания при зенкеровании (рис.18).



Рис.18 Элементы режима резания и геометрии срезаемого слоя при зенкеровании

1) Скорость главного движения - , м/мин;

2) Глубина резания -

3) Подача: рассматривают подачу на зуб - S_z ,мм/зуб; подачу на оборот -

S₀=S_zz, мм/об; скорость движения подачи или минутную подачу -

V_S =S_min=S₀ n=S_zzn, мм/мин.

4) Основное технологическое время -

Геометрия срезаемого слоя: толщина срезаемого слоя -

;

ширина срезаемого слоя -

площадь срезаемого слоя -

7.Развертывание. Конструкция и геометрия развертки. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя.

Развертывание - метод окончательной обработки отверстий с целью получения большей точности обработки и меньшей шероховатости обработанной поверхности по сравнению с зенкерованием.

Точность обработки - 5-6 квалитет, шероховатость - Ra 1,25 - 0,32 мкм. Отличительными особенностями развертывания по сравнению с зенкерованием:

1. Большее число режущих зубьев (режущих кромок) (от 6 до 12);

2. Меньшие углы в плане (=5-45^о);

3. Меньшие припуски на обработку (0,05-0,5 мм).

Развертки (рис.19) состоят из рабочей части () и крепежной (). Рабочая часть состоит из режущей () и направляющей ().

Рис. 19 Конструкция развёртки

К геометрическим параметрам по аналогии с зенкером относятся: главный угол в плане , угол наклона стружечных канавок - , передний угол и главный задний угол .

Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя показаны на рис.20.

Рис. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя при развёртывании

1) Скорость главного движения -

, м/мин;

2) Глубина резания -

3) Подача: рассматривают подачу на зуб - S_z ,мм/зуб; подачу на оборот -

S₀=S_zz, мм/об;

скорость движения подачи или минутную подачу -

V_S =S_min=S₀ n=S_zzn, мм/мин.

Основное технологическое время -

Геометрия срезаемого слоя: толщина срезаемого слоя -

;

ширина срезаемого слоя -

площадь срезаемого слоя -

Все определения и формулы для определения элементов режимов резания и геометрии срезаемого слоя при развертывании аналогичны определениям и формулам, применяемым при зенкеровании.

Силы и крутящий момент при развертывании обычно не рассчитываются ввиду их малой величины, а при зенкеровании используют эмпирические формулы аналогичные процессу сверления. Исходя из формул для токарной обработки Ро и М можно подсчитать по формулам:

Допускаемая скорость резания при зенкеровании и развертывании подсчитывается по формуле:

8. Цилиндрическое фрезерование. Особенности процесса резания. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя при щ=0.

Фрезерование применяется для обработки наружных плоских и фасонных поверхностей.

Различают фрезерование - цилиндрическое, торцовое и фасонное.

Фрезерование обеспечивает точность обработки 8 - 11 квалитета и шероховатость обрабатываемой поверхности Ra до 1,25 мкм.

Рассмотрим цилиндрическое фрезерование.

Особенностями процесса резания при цилиндрическом фрезеровании являются:

1. За один оборот фрезы зуб находится в контакте с заготовкой очень малое время, большую часть времени он не работает, «отдыхает»;

2.В контакт с заготовкой зуб фрезы входит с ударом, что может привести к его разрушению;

3. Переменная толщина срезаемого слоя по дуге контакта фрезы с заготовкой, а для фрезы с винтовым зубом она переменна и по длине зуба.

4. Переменная ширина срезаемого слоя для фрезы с винтовым зубом.

5. Снятие малых толщин среза вызывает интенсивный износ зубьев фрезы по задней поверхности.

Главным движением при цилиндрическом фрезеровании D_r является вращение фрезы, движением подачи D_S - перемещение стола с заготовкой.

Элементами режима резания при цилиндрическом фрезеровании являются (рис. 22):

1. Скорость главного движения -

2. Глубина резания - t , мм;

3. Подача: рассматривают подачу на зуб - S_z, мм/зуб; подачу на один оборот фрезы - S_о , мм/об (S₀=z S_z ); скорость движения подачи или минутную подачу - V_S=S_мин= (мм/мин);

4. Основное технологическое время -

Рассмотрим геометрию срезаемого слоя для прямозубой цилиндрической фрезы (угол =0)

1. Угол контакта - это центральный угол, соответствующий дуге контакта фрезы с заготовкой. Его можно найти из ОТЕ:

2.



Рис. 22 Элементы режима резания и геометрии срезаемого слоя при цилиндрическом фрезеровании

2. Толщина срезаемого слоя - a_i - это переменное расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания (образованными режущими кромками двух соседних зубьев) измеренное в радиальном направлении. Для прямозубой фрезы величина а_i постоянна вдоль всей длины зуба и может быть определена из МКН:

где _i - мгновенный угол контакта, соответствующий данному положению зуба фрезы (зуб прямозубой фрезы входит в заготовку и выходит из нее по всей ее ширине В и его положение определяется углом _i).

При входе зуба в заготовку толщина срезаемого слоя равна нулю. При выходе зуба из контакта с заготовкой толщина срезаемого слоя соответствует полному углу контакта и имеет максимальное значение а_max:

3. Ширина срезаемого слоя b; как видно из рис.22, ширина срезаемого слоя равна ширине фрезеруемой поверхности В в направлении параллельном оси фрезы, т.е. b = B.

4. Площадь срезаемого слоя для одного зуба фрезы:

Суммарная площадь срезаемого слоя:

,

где m - число одновременно работающих зубьев фрезы.

Величину m можно найти как:

m=/=z/360,

где - шаг между зубьями фрезы.

9. Цилиндрическое фрезерование. Особенности процесса резания. Элементы режима резания. Геометрия срезаемого слоя при щ?0 (нарисовать схему и записать оконча-тельные формулы для расчета).

Фрезерование применяется для обработки наружных плоских и фасонных поверхностей.

Различают фрезерование - цилиндрическое, торцовое и фасонное.

Фрезерование обеспечивает точность обработки 8 - 11 квалитета и шероховатость обрабатываемой поверхности Ra до 1,25 мкм.

Рассмотрим цилиндрическое фрезерование.

Особенностями процесса резания при цилиндрическом фрезеровании являются:

1. За один оборот фрезы зуб находится в контакте с заготовкой очень малое время, большую часть времени он не работает, «отдыхает»;

2.В контакт с заготовкой зуб фрезы входит с ударом, что может привести к его разрушению;

3. Переменная толщина срезаемого слоя по дуге контакта фрезы с заготовкой, а для фрезы с винтовым зубом она переменна и по длине зуба.

4. Переменная ширина срезаемого слоя для фрезы с винтовым зубом.

5. Снятие малых толщин среза вызывает интенсивный износ зубьев фрезы по задней поверхности.

Главным движением при цилиндрическом фрезеровании D_r является вращение фрезы, движением подачи D_S - перемещение стола с заготовкой.

Элементами режима резания при цилиндрическом фрезеровании являются (рис. 22):

1. Скорость главного движения -

2. Глубина резания - t , мм;

5. Подача: рассматривают подачу на зуб - S_z, мм/зуб; подачу на один оборот фрезы - S_о , мм/об (S₀=z S_z ); скорость движения подачи или минутную подачу - V_S=S_мин= (мм/мин);

6. Основное технологическое время -

Рассмотрим геометрию срезаемого слоя для косозубой цилиндрической фрезы (0) (рис.23).

Рис. 23 Геометрия срезаемого слоя косозубой цилиндрической фрезы

Зуб косозубой фрезы в отличие от прямозубой входит в заготовку постепенно, достигает максимального соприкосновения с ней (когда он перекрывает всю ее ширину В, как показано на рис.23) и затем постепенно выходит из нее. Мгновенное положение зуба в этом случае характеризуется двумя углами: углом входа зуба фрезы в заготовку и, соответственно, углом выхода из нее - . Отсюда следует, что толщина срезаемого слоя на входе зуба в заготовку равна , на выходе зуба из заготовки - . Максимальная толщина срезаемого слоя равна a_max=S_z sin. Таким образом для косозубой фрезы толщина срезаемого слоя является переменной величиной как по дуге контакта фрезы с заготовкой, так и по длине режущей кромке (зуба). Ширина срезаемого слоя (b_i) для косозубой фрезы является величиной переменной величиной по длине зуба.

Из В'С'K имеем

Величина отрезка B'C' равна B?C?=A?C?-A?B?. Приравнивая длину отрезка A'C' и A'B' длине дуг АС и АВ получим

A?C?=D/2 ₂ (рад);

A?B?=D/2 ₁ (рад).

Окончательно имеем:

.

Для определения площади срезаемого слоя для одного зуба фрезы выделим элементарную площадь (рис.23).

Обозначив в формуле для определения в_i разницу углов (₂-₁) через _x получим:

Тогда:

Проинтегрировав данное выражение в пределах угла входа и угла , получим формулу для определения площади срезаемого слоя для одного зуба фрезы:

.

Для определения суммарной площади срезаемого слоя (F_сум) необходимо знать число зубьев, одновременно находящихся в работе(m).

Суммарная площадь равна:

.

10. Расчет одновременно работающих зубьев при цилиндрическом фрезеровании. Равномерное фрезерование.

Рис. 24 Схема для определения количества зубьев косозубой фрезы, одновременно находящихся в работе

Для определения количества зубьев фрезы, одновременно участвующих в процессе резания, развернем цилиндрическую поверхность фрезы на площадь ее контакта с заготовкой (рис.24). Тогда можно записать:

m=m₁+m_2,

где m₁ - число зубьев прямозубой цилиндрической фрезы, которая могла бы заменить данную косозубую:

.

Число зубьев фрезы m₂ можно найти из А`K`A:

где h - торцовый шаг фрезы.

Отсюда величина m равна:

Равномерное фрезерование

Равномерным называется такое фрезерование, при котором суммарная площадь срезаемого слоя остается постоянной на протяжении всего времени обработки. Рассмотрим цилиндрическую прямозубую фрезу (=0). Зуб прямозубой фрезы входит в заготовку и выходит из нее сразу по всей ширине. Это приводит к резкому изменению площади поперечного сечения срезаемого слоя, а, следовательно, и сил, действующих в процессе резания. Представим себе, что в работе находится только один зуб фрезы (m=1, рис.25). В этом случае суммарная площадь срезаемого слоя будет изменяться от нуля до максимума с последующим резким падением до нуля, когда зуб выходит из заготовки. Такое резкое уменьшение величины F_сум вызывает резкое колебание сил и, следовательно, неравномерную нагрузку на инструмент, станок и заготовку. Это в конечном итоге приведет к ухудшению качества обработанной поверхности, потере работоспособности инструмента. С увеличением числа одновременно работающих зубьев (например, m=3, рис.25) процесс резания будет происходить более спокойно: не будет резких изменений суммарной площади F_сум, сил резания. Однако и при достаточно большом числе зубьев, одновременно находящихся в работе,

Рис. 25 Влияние числа одновременно работающих зубьев прямозубой фрезы

для прямозубой фрезы невозможно получить равномерного фрезерования.

Рис. 26 Изменение площади среза во времени при равномерном фрезеровании

Равномерное фрезерование (рис.26) можно получить только для фрезы с винтовым зубом, у которой зуб постепенно входит в заготовку и постепенно выходит, но при условии когда ширина фрезеруемой поверхности B равна осевому шагу фрезы h₀ или кратна ему в целых числах:

B=, где k=1,2,3 и т.д.

Определим условие равномерного фрезерования. Для этого развернем цилиндрическую поверхность фрезы на площадь контакта её с заготовкой (рис. 27).

Рис. 27 Развёртка цилиндрической поверхности косозубой фрезы на площадь её контакта с заготовкой

Из АКД имеем:

.

Так как

,

получим

.

Шаг винтовой линии фрезы Н равен

.

Тогда

.

Отсюда следует, что

.

Окончательное условие равномерного фрезерования

(целое число).

11. Встречное и попутное фрезерование (нарисовать схемы действия сил). Достоинст-ва и недостатки встречного и попутного фрезерования.

Фрезерование называется встречным (против подачи), когда направление главного движения противоположно направлению подачи и попутным (по подачи), когда направление главного движения совпадает с направлением движения подачи (рис.28). При встречном фрезеровании нагрузка на зуб фрезы возрастает постепенно, так как толщина срезаемого слоя a изменяется от нуля до максимального значения. При наличии на заготовке какой-либо корки зуб фрезы работает из под корки, как бы выламывая ее. Все это можно отнести к положительным сторонам встречного фрезерования.

Рис. 28 Силы, действующие на зуб цилиндрической фрезы:

а) встречное фрезеровании; б) попутное фрезерование

В то же время зуб фрезы старается оторвать заготовку от стола станка, что при большом сечении среза может привести к вибрации и ухудшить шероховатость обработанной поверхности. Кроме того, из-за малой толщины среза a зуб фрезы начинает срезать стружку в т. М, когда радиус округления становится соизмеримым или больше толщины среза a. На участке KM происходит интенсивный износ зубьев из-за трения задней поверхности зубьев о поверхность резания.

Рис. 29 Схема врезания зуба фрезы в заготовку при встречном фрезеровании

При встречном фрезеровании имеется вероятность затаскивания стружки зубьями фрезы на уже обработанную поверхность, что также может привести к ухудшению шероховатости обработанной поверхности.

К положительным сторонам попутного фрезерования можно отнести следующее: при отсутствии на заготовке корки обеспечивается меньший износ зубьев и меньшая высота микронеровностей обработанной поверхности; зуб фрезы прижимает заготовку к столу станка; отсутствует вероятность затаскивания стружки зубьями фрезы на уже обработанную поверхность.

В то же время зуб фрезы начинает работать с максимальной нагрузкой, так как толщина срезаемого слоя a изменяется от максимального значения до нуля. При наличии на заготовке корки зуб ударяется об нее, что приведет к резкому снижению работоспособности инструмента. Поэтому, как было отмечено выше, когда заготовка имеет твердую корку, попутное фрезерование не применяется

12. Силы при цилиндрическом фрезеровании. Схема действия сил, эмпирические формулы для расчета сил резания. Формулы для точного расчета сил резания.

Силы, действующие на зуб цилиндрической фрезы, показаны на рис.28.

На зуб цилиндрической фрезы действуют силы:

P_Z - касательная составляющая силы резания, которая необходима для расчета механизма главного движения и мощности электродвигателя станка;

P_y - радиальная составляющая силы резания;

P_х - осевая составляющая силы резания.

P_В - вертикальная составляющая силы резания (отрывает или прижимает заготовку к столу станка в зависимости от схемы фрезерования: попутного или встречного);

P_Г - горизонтальная составляющая силы резания, по которой производится расчет механизма подачи станка.

Эмпирическая формула для определения силы P_z

,

где коэффициенты и показатели степени по аналогии с другими эмпирическими зависимостями, рассмотрены выше.

Формула для определения силы исходя их формулы для токарной обработки:

Учитывая, что суммарная сила резания равна

,

а составляющая

Р_Zi ,

Окончательно имеем

Влияние различных факторов на силы резания при фрезеровании

Увеличение глубины резания повышает полный угол контакта фрезы с заготовкой д и следовательно число зубьев фрезы, одновременно находящихся в процессе резания. Это ведет к росту суммарной площади срезаемого слоя и силы резания Pz (рис.31,а). Кроме того с увеличением t растет толщина срезаемого слоя a и его площадь, что также вызывает рост силы Pz.

С увеличением подачи на зуб увеличивается толщина срезаемого слоя а, площадь срезаемого слоя на одном зубе и объем снимаемого материала, что приводит к возрастанию силы резания (рис.31,а).

Для прямозубой фрезы увеличение ширины фрезеруемой поверхности В также вызывает рост силы резания, что связано с повышением площади срезаемого слоя на одном зубе фрезы (рис.31,а). В случае косозубой фрезы сила Рz дополнительно увеличивается за счет повышения количества зубьев, одновременно находящихся в процессе резания.

Рост диаметра фрезы уменьшает толщину срезаемого слоя, полный угол контакта д и количество зубьев фрезы, одновременно находящихся в работе. Это ведет к уменьшению площади срезаемого слоя одним зубом фрезы и суммарной площади срезаемого слоя и как следствие к снижению силы резания (рис.31,б).

Мощность резания:

Скорость резания, допускаемая режущими свойствами РИ:

,

где коэффициенты и показатели степени по аналогии с рассмотренными ранее эмпирическими зависимостями.

13. Влияние различных факторов на силы резания при цилиндрическом фрезеровании

Рост допускаемой скорости резания при фрезеровании вызывает увеличение диаметра фрезы (рис.32, а). Увеличение диаметра фрезы при прочих равных условиях снижает толщину срезаемого слоя и количество зубьев, принимающих участие в резании. Все это ведет с снижению силы резания и, следовательно, теплоты, образующейся при резании. Кроме того, рост диаметра фрезы приводит к увеличению ее массы, что способствует увеличению теплоотвода из зоны резания в тело фрезы. Все это вместе взятое позволяет повысить допускаемую скорость резания при увеличении диаметра фрезы.

1

Увеличение подачи на зуб Sz, глубины резания t, ширины фрезерования В и количества зубьев фрезы z вызывает повышение температуры резания и допускаемая скорость резания будет снижаться (рис. 32, б).

14. Торцовое фрезерование (элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя). Силы резания при торцовом фрезеровании.

При торцовом фрезеровании ось фрезы располагается перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. Рассматривают торцовое фрезерование симметричное и несимметричное, полное и неполное. При симметричном фрезеровании ось фрезы расположена симметрично ширине фрезеруемой поверхности (рис.33). В противном случае фрезерование будет нессиметричным. Торцовое фрезерование называется полным, когда ширина фрезеруемой поверхности В равна диаметру фрезы D. Полный угол контакта (по аналогии с цилиндрическим фрезерованием) равен в этом случае 180^о. При неполном симметричном фрезеровании полный угол контакта определяется из ОМN:

Основные движения и элементы режима резания при торцовом фрезеровании аналогичны как и в случае с цилиндрическим фрезерованием. Поэтому рассмотрим геометрию срезаемого слоя.

Толщина срезаемого слоя - а - величина переменная вдоль всей длины дуги контакта фрезы с заготовкой. Из kmn (рис.33) имеем:

,

где - мгновенный угол контакта.

При симметричном полном фрезеровании (рис.33) данная величина на входе зуба в заготовку и на выходе из нее будет одинаковой и равной . При несимметричном фрезеровании (рис.34) толщина срезаемого слоя будет изменяться от =0 до (при попутном фрезеровании величина будет изменяться от до нуля, при встречном - от нуля до ).

Толщина срезаемого слоя вдоль зуба торцовой фрезы является величиной постоянной и равна (рис.33):

.

С учетом этого толщина срезаемого слоя будет равна:

.

Ширина срезаемого слоя равна (рис.33):

.

Рис. 33 Элементы режима резания и геометрии срезаемого слоя при торцевом фрезеровании (симметричное полное фрезерование)

Рис. 34 Схема торцевого несимметричного неполного фрезерования (вид сверху)

Силf резания при торцовом фрезеровании подсчитывается по рассмотренной выше эмпирической зависимости для цилиндрического фрезерования. Исходя из формул для токарной обработки, сила резания при симметричном полном фрезеровании может быть определена по следующей зависимости:

_.

где .

При несимметричном торцовом фрезеровании силу можно подсчитать путем разделения его на различные виды фрезерования.

Рис. 35 Схема к определению силы резания при несимметричном торцевом фрезеровании

Например, сила резания при несимметричном фрезеровании Р_{z н.ф.} равна сумме сил торцового симметричного фрезерования Р_{z т.с.} и цилиндрического фрезерования Р_{z ц.}, т.е. Р_{z н.ф.} = Р_{z т.с.} + Р_{z ц} .

Эту же силу Р_{z н.ф.} можно подсчитать как разницу сил Р_{z ш.п.} при шпоночном фрезеровании и Р_{z ц} при цилиндрическом, т.е. Р_{z н.ф.} = Р_{z ш.п.} - Р_{z ц} .

Сила резания для шпоночного фрезерования, исходя из формул для токарной обработке равна:

_,

где .

15. Особенности процесса протягивания. Схемы резания при протягивании.

Протягивание является высокопроизводительным и точным способом обработки резанием, обеспечивающим малую высоту микронеровностей обработанной поверхности (низкую шероховатость) и предназначено для окончательной обработки отверстий различной формы, плоских, фасонных наружных поверхностей, уступов и пазов. Получаемая точность обработки - 6-8 квалитет, шероховатость обработанной поверхности - до Ra 0,2.

Особенности процесса протягивания

1. Срезание заданного припуска в виде слоев металла малой толщины и большой ширины (малые толщины среза a).

2. Малые скорости резания главного движения 8-15 м/мин.

3. Отсутствие движения подачи как самостоятельного кинематического движения станка. Подача, определяющая толщину срезаемого слоя режущей кромкой каждого зуба, устанавливается путем превышения каждого последующего зуба над предыдущим.

4.Возможность осуществления за один проход инструмента комбинированной обработки (черновой, чистовой).

Высокая производительность процесса протягивания объясняется большой длиной режущих кромок, одновременно участвующих в резании (за счет большого количества зубьев), и возможностью за один проход осуществлять комбинированную обработку.

Схема резания определяет порядок срезания заданного припуска на обработку в поперечном сечении. Принятая схема резания определяет конструкцию протяжки, форму и размеры ее рабочих зубьев. Различают две основные схемы резания при протягивании: одинарную и групповую. При одинарной схеме резания подача задается на каждый зуб протяжки, при групповой - на группу зубьев (рис.36).

Рис. 36 Подача при одинарной (а) и групповой (б) схеме резания

Одинарная схема резания в свою очередь подразделяется на профильную и генераторную. При профильной схеме резания припуск h снимается слоями параллельными профилю обработанной поверхности детали; при генераторной схеме - относительно узкими слоями, расположенными перпендикулярно или наклонно к профилю обработанной поверхности детали.

Рис. 37 Схема срезания припуска: а) профильная; б) генераторная

Работа в группе между зубьями при групповой схеме резания распределяется за счет разделения между ними ширины срезаемого слоя. На рис. 49 показана схема срезания припуска группой, состоящей из двух зубьев. Зубья в

группе для наглядности показаны рядом друг с другом - для реальной плоской протяжки они расположены в разных секциях.

Рис. 38 Схема срезания припуска при групповой схеме резания

16. Конструкция круглой протяжки. Геометрия режущей части круглой протяжки. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя. Силы резания при протя-гивании.

Рассмотрим конструкцию и геометрию круглой протяжки (рис.39).

Рис. 39 Конструкция круглой протяжки

l₁ ,l₂ - хвостовик и шейка - служат для закрепления протяжки в патроне; l₃ - переходной конус; l₄ - передняя направляющая - служит для направления протяжки в начале ее работы; l₅ - режущая часть (включает в себя черновые и чистовые зубья) - выполняет работу по снятию припуска; l₆ - калибрующая часть - служит для калибрования отверстия по размеру и обеспечивает необходимую шероховатость поверхности; l₇ - задняя направляющая - служит для удержания протяжки от провисания.

К геометрическим параметрам круглой протяжки относятся передний угол и главный угол (на рис. 40 показаны углы протяжки в главной секущей плоскости).

Рис. 40 Геометрические параметры протяжки

Рассмотрим элементы режима резания на примере круглой протяжки.

Главным движением является поступательное движение протяжки, скорость которого равна V=8-15 (м/мин).

Подача: рассматривается подача на зуб S_z (мм/зуб) - это разность между высотами двух соседних зубьев или двух групп зубьев.

Основное технологическое время -

где L - длина хода протяжки (мм); k - коэффициент учитывающий обратный ход протяжки (1,14-1,5).

Геометрия срезаемого слоя (рис.41) для круглой протяжки:

толщина срезаемого слоя - a=S_z; ширина срезаемого слоя - b=D; площадь срезаемого слоя для одного зуба - f_i=a b=S_z D;

Рис. 41 Форма сечения срезаемого слоя для одного зуба протяжки

суммарная площадь срезаемого слоя - ,

где - максимальное количество одновременно работающих зубьев. Величину можно найти из рис.42 :

,

где l - длина отверстия, t - шаг зубьев протяжки.

Рис. 42 Схема для определения максимального количества зубьев, одновременно находящихся в работе

Силы резания при протягивании (в данном случае для круглой протяжки) можно подсчитать исходя из формул для токарной обработки:



17. Нарезание резьбы резцами.

Различают три метода получения резьбы: нарезание резьбы лезвийным инструментом (резцы, метчики, плашки, фрезы и др.), шлифование резьбы однониточными или многониточными шлифовальными кругами и накатывание резьбы. Основной особенностью процесса нарезания резьбы лезвийным инструментом является снятие тонких стружек (малая толщина срезаемого слоя). При этом эти тонкие слои металла снимаются не только прямолинейной режущей кромкой, но и режущей кромкой в виде треугольника или трапеции.

Рис. 43 Геометрические параметры стержневого резьбового резца

Нарезание резьбы резцами

Резцами нарезается наружная и внутренняя резьба. Для нарезания резьбы применяются стержневые (токарные) , призматические и круглые резцы.



Рис. 44 Схема формирования профиля резьбы: а) профильная; б) генераторная

Геометрические параметры резьбового резца аналогичны токарному проходному резцу (рис.43). Отличительными особенностями его являются: наличие двух главных режущих кромок, различные значения главных задних углов для левой и правой режущих кромках (на левой он больше, чем на правой) из-за различных кинематических углов на левой и правой стороне профиля, для чистовых проходов с целью исключения искажения профиля резьбы после переточки резца передний угол делают равным нулю.

Резьбовыми резцами резьбу нарезают обычно в несколько проходов. При этом формирование профиля резьбы может осуществляться по двум схемам: профильный с подачей S_t, в направлении перпендикулярном оси заготовки (рис. 44, а), или генераторной с подачей S_t, направленной вдоль стороны профиля резьбы (рис.44, б). Иногда применяют комбинированную подачу.

Рассмотрим элементы режима резания и геометрию срезаемого слоя при нарезании резьбы резцами:

1. Скорость главного движения

2. Глубина резания t равна высоте профиля нарезаемой резьбы.

3. Подача на оборот S₀ равна шагу S нарезаемой резьбы (мм/об).

Скорость движения подачи, минутная подача V_S =S n (м/мин).

4. Основное технологическое время

где i - количество проходов резца, n_ox - частота вращения при обратном ходе резца.

Рассмотрим геометрию срезаемого слоя для профильной (а) и генераторной (б) схем резания (рис.44).

При профильной схеме резания (рис.44, а) из АВС имеем:

,

где t_i - глубина резания для i-го прохода резца.

Величина , тогда

.

Учитывая, что

,

имеем окончательно

Ширина срезаемого слоя при профильной схеме резания величина переменная и изменяется от нуля до 2S (b_i=(0-2S)).

При генераторной схеме (рис.44, б) из АВС находим:

Ширина срезаемого слоя также переменная и изменяется от нуля до S, т.е. (b_i=(0-S)).

Силы резания при нарезании резьбы резцами можно подсчитать исходя из формул для токарной обработки:

При профильной схеме резания:

При генераторной схеме резания:

Мощность резания определяется по аналогии с токарной обработкой:

17. Нарезание резьбы метчиками

Рис. 45 Конструктивные элементы метчика

Метчики применяют для нарезания внутренней резьбы. Различают метчики: ручные, машинные, гаечные.

К конструктивным элементам метчика относятся: режущая часть (l₁) (заборный конус), калибрующая часть (l₂), крепежная часть (l₃), количество стружечных канавок, их профиль и направление.

Режущая часть выполняет основную работу по формированию профиля нарезаемой резьбы. Для распределения работы между зубьями режущая часть оформляется в виде конуса с углом наклона . Калибрующая часть служит для калибрования (зачистки резьбы) и направления метчика в резьбовом отверстии.

Окончательное формирование резьбы заканчивается после прохода первого калибрующего витка, имеющего полную высоту профиля резьбы. Следующие витки не участвуют в калибровании резьбы, а служат для направления метчика в резьбовом отверстии и обеспечения перемещения его по подаче, т.е. обеспечивают самозатягивание. По мере переточки метчика роль калибрования переносится на следующий виток и так повторяется после каждой переточки, т.е. калибрующая часть может рассматриваться как резерв для переточки метчика. Калибрующая часть метчика для уменьшения трения делается с обратным конусом (уменьшается наружный и средний диаметр метчика).

Стружечные канавки обычно делаются прямыми, т.е. параллельно оси метчика, но иногда винтовыми. Направление канавок определяет направление схода стружки.

Рис. 46 Влияние угла наклона стружечных канавок на направление схода стружки

Левое направление применяется для сквозных отверстий, правое - для глухих. К геометрическим параметрам метчика относятся: передний угол , главный задний угол , угол заборного конуса и угол наклона винтовой канавки . Передний угол и главный задний угол измеряются в плоскости перпендикулярной оси метчика. Задний угол образуется только на заборном конусе путем его затылования, на калибрующей части он обычно равен нулю и только для метчиков со шлифованным профилем он образуется также путем затылования на резьбошлифовальных станках. Величина падения затылка, которая образует задний угол, равна:

.

Элементы режима резания при нарезании резьбы метчиками: Скорость главного движения

Глубина резания t равна высоте профиля нарезаемой резьбы;

Рис. 47 Схема для определения геометрии срезаемого слоя при

1. Подача на оборот S₀ равна шагу нарезаемой резьбы (S);

Скорость движения подачи, минутная подача V_s=S_мин=, мм/мин;

Основное технологическое время

где n_ox - частота вращения при обратном ходе метчика, i - число метчиков в комплекте, L - длина резания:

L=l+y+; y=l₁; =(2-3)S , l - длина резьбового отверстия.

Геометрия срезаемого слоя при нарезании резьбы метчиками представлена на рис.47 и рис.48).

1. Толщина срезаемого слоя а равна: a=a_t cos. Толщину срезаемого слоя в направлении глубины резания a_t можно найти как a_t = t/z₃, где z₃ - число зубьев на заборной части метчика. Число зубьев z₃ равно z₃ = z k = z l₃/S, где k - количество ниток резьбы. Отсюда Окончательно имеем

2. Ширина срезаемого слоя b. Рассмотрим случай, когда длина заборной части метчика l₁ меньше длины отверстия l - l₁<l; В этом случае ширина срезаемого слоя изменяется от нуля до шага резьбы, т.е. b=0 - S. Для случая l₁>l (рис. 59) ширина срезаемого слоя будет изменяться в пределах b=b_x - S. Найдем величину b_х.

Рис. 48 Схема для определения геометрии срезаемого слоя при

Из подобия треугольников mkn и pkq следует

Из подобия треугольников АВС и МСК запишем

Приравнивая правые стороны полученных выражений имеем:

Отсюда

Силы резания при нарезании резьбы метчиками определим исходя из формул для токарной обработки.

1. Для случая l₁<l:

Заменив через и число одновременно работающих зубьев метчика

,

получим:

2. Для случая l₁>l учитывая, что , по аналогии получим:

В полученных формулах из-за влияния двух вспомогательных кромок

показатель степени x_Pz необходимо брать равным х_{Р z} = 0,9.

Мощность резания при нарезании резьбы метчиками определяется по формуле:

19. Нарезание зубчатых колес дисковыми модульными фрезами

Для нарезания зубчатых колес применяются два метода: метод копирования и метод обкатки.

При методе копирования используется фасонный режущий инструмент, профиль режущей части которого соответствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса (для этого используются фасонные дисковые фрезы, пальцевые фрезы, зубодолбежные головки). При методе обкатки, эвольвентный профиль зубчатого колеса получается в результате того, что режущий инструмент и заготовка рассматриваются как зубчатая пара находящаяся в зацеплении, при этом инструменту кроме движения обкатки дается дополнительное движение, необходимое для обеспечения процесса резания (зубчатые колеса нарезаются, например, червячно-модульными фрезами, долбяками, строгальными резцами).

Применение дисковых фрез ограниченно из-за низкой точности получаемых зубчатых колес (9-10 степень точности) и малой производительности (из-за наличия движения деления).

Дисковая фреза (рис.49) представляет собой фасонную фрезу с затылованным зубом, профиль которого соответствует профилю впадины нарезаемого зубчатого колеса.

К геометрическим параметрам фрезы относятся передний и главный задний углы для вершинной режущей кромки. Для чистовой фрезы передний угол равен нулю, чтобы не изменялся профиль зуба нарезаемого зубчатого колеса при переточке фрезы.