Развитие теории и практики резания

25

В конспекте лекций приведены с обобщающих позиций основные понятия и положения теории резания материалов, даны в кратком изложении их пояснения. Рассмотрено историческое развитие теории и практики резания, кинематика процесса резания, геометрические параметры режущего инструмента и заготовки, механика деформирования и стружкообразования, физические явления процесса резания, связанные с теплообразованием, изнашиванием лезвия инструмента, формированием обработанной поверхности, а также комбинированные виды обработки и оптимизация функционирования системы резания.

Лекция 1. Основные тенденции развития машиностроения и механической обработки материалов. Роль обработки резанием среди других видов формообразования деталей. Теория резания как наука. Цели и задачи теории резания. Краткий исторический обзор развития теории и практики резания.

ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Машиностроение является ключевой отраслью промышленности, так как без использования его возможностей по изготовлению необходимых деталей, изделий, оборудования и т.п. не может обойтись ни одна другая отрасль. Ориентация отечественной промышленности на применение малооперационных, малоотходных и безотходных технологических процессов, на замену в отдельных случаях резания материалов более экономичными методами формообразования не исключают, однако, обработки резанием, которая является и на многие годы останется основным технологическим приемом изготовления деталей машин. Это связано, во-первых, с появлением новых материалов, трудно поддающихся обработке; во-вторых, с усложнением конструкционных форм деталей; в-третьих, с повышением требований к точности и качеству изготовления деталей; в четвертых, с возможностью гибкого управления обработкой резания в отличии от других методов. Например, современные способы литья и обработки давлением (прецизионная прокатка или штамповка, ротационная ковка и выдавливание, порошковая металлургия) обеспечивают 5…10-й квалитеты точности и шероховатость поверхности Rа=80…5мкм. В сравнительно редких случаях достигаются 2…4 квалитеты точности и шероховатость Rа=10…0,08 мкм. Кроме того, потери металла по данным профессора Н.Н. Зорева составляют: при литье - 44%, при обработке давлением - 40%, при обработке резанием - 17%. При этом, по сведениям профессора Г.М. Сахарова, производительность (см3/ч) и энергозатраты (кВт/см3) различных видов обработки материалов соответственно следующие: лезвийная - 14,0 и 3,0; абразивная - 8,0 и 30,0; электрохимическая - 1,0 и 500,0; электроэрозионная - 0,1 и 150,0; ультразвуковая - 0,005 и 150,0; лазерная - 0,0001 и 150000. Поэтому в настоящее время до 80% заготовок деталей в машиностроении подвергается обработке резанием.

Современные тенденции развития машиностроения, связанные с автоматизацией производственных процессов, созданием гибких производственных систем и автоматизированных заводов требуют поиска новых подходов к исследованию процесса резания, основанных на достижениях фундаментальных наук, разработки новых видов обработки резанием, режущих инструментов и станков. Все это невозможно без знания и использования достижений науки о резании материалов.

ТЕОРИЯ РЕЗАНИЯ КАК НАУКА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ТЕОРИИ РЕЗАНИЯ

Теорией резания называется совокупность теоретических представлений о природе и основных физических закономерностях деформирования срезаемого слоя и стружкообразования, изнашивания режущего инструмента, формирования обработанной поверхности детали, а также об оптимизации процесса резания и управлении его параметрами.

Основными целями теории резания являются:

1. Повышение производительности процесса резания за счет применения прогрессивных видов обработки резанием, конструкций инструментов и станков, рациональных режимов резания, эффективных инструментальных материалов, охлаждающих средств и т.д.

2. Повышение точности и качества изделий, полученных путем обработки резанием.

3. Снижение себестоимости выпуска продукции за счет уменьшения расходов, связанных с процессом резания и инструментом.

Для достижения этих целей необходимо решить ряд задач, связанных с изучением:

1. Кинематики процесса резания;

2. Геометрии режущего инструмента;

3. Инструментальных материалов;

4. Деформации и стружкообразования при резании;

5. Сил и колебаний при резании;

6. Тепловых явлений, сопровождающих процесс резания;

7. Изнашивания режущих инструментов;

8. Точности и качества обработанной поверхности детали;

9. Особенностей обработки резанием материалов со специфическими свойствами;

10. Функционирования системы резания, ее оптимизации и управления.

Изучение этих вопросов позволяет создавать новые прогрессивные виды обработки резанием и режущие инструменты, разрабатывать методы расчета инструментов, приспособлений и станков, вырабатывать требования к металлургии инструментальных материалов, давать рекомендации по резанию труднообрабатываемых материалов, предлагать пути интенсификации процесса резания за счет комбинации поверхностных и энергетических воздействий на заготовку, оптимизировать параметры обработки и управлять ими.

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ РЕЗАНИЯ

Исследования основных вопросов теории резания и ее развития охватывают определенный исторический период. В этом периоде следует выделить даты, имена и достижения, которых способствовали созданию практических основ механической обработки. Это, прежде всего, 1100 г. - Теофилус Пресбатер (Германия): дал описание способов работы резцами, напильниками, шаберами и т.п.; 1500г. - Леонардо да Винчи (Италия): предложил токарное устройство с маховиком, коленчатым валом, ходовым винтом и педальным приводом; 1578г. - Жак Бессон (Франция): осуществил нарезание резьбы и точение овала по шаблону; 1769г. - Джон Смит, Джон Уилксон (Англия): описали сверление цилиндрических отверстий; 1777г. - Иоган Беккон (Германия): провел систематизацию технологических способов обработки; 1825г. - Карл Кармаш (Германия): разработал основы механической технологии. Наблюдается постепенный переход от описательного к систематическому изложению механических технологий.

Первые исследования в области резания относятся к 1848 г. и принадлежат французу Кокилье, определившему полезное сопротивление, возникающее при сверлении кованого железа. В 1850 и 1864 гг. опыты Кокилье применительно к точению повторяют Кларинваль и Жоссель. Исследователи ограничивались только фиксацией полученных результатов, не вдаваясь в сущность явлений, их определяющих.

Наука о резании металлов зарождалась одновременно с комплексом смежных отраслей общего учения о металлах: открытие существования внутренних превращений стали при ее нагреве выше определенных температур (Д.К. Чернов - 1868 г), экспериментальные исследования деформации металлов в пластической области (Н. Треска - 1868 г), математическая теория пластичности (Сен-Венан - 1871 г).

Впервые наиболее глубоко теоретически и экспериментально начал изучать процесс резания, русский ученый профессор Петербургского горного института И.А. Тиме (1868 - 1880 гг.). В своих научных трудах "Сопротивление металлов и дерева резанию" и "Мемуары о строгании металлов" он впервые:

1. Высказал мысль о единстве закономерностей процесса резания независимо от метода обработки металлов резанием (строгание, точение, резание на ножницах и др.);

2. Доказал, что резание является последовательным скалыванием отдельных элементов металла;

3. Установил понятие о плоскости и угле скалывания 1 и доказал, что при снятии стружки основное деформирование металла имеет место в пределах указанного угла;

4. Установил явление усадки стружки и ввел понятие о коэффициенте усадки;

5. Ввел понятие о "коэффициенте резания" как силе резания, отнесенной к 1мм2 поперечного сечения срезаемого слоя (удельная сила резания);

6. Разработал классификацию стружек (сливная, суставчатая, надлома);

7. Вывел приближенное уравнение для расчета силы резания.

Следует отметить, что в тоже время (1878 г) французский профессор Н. Треска сравнивал образование стружки при резании с истечением твердого тела из сосуда под давлением.

В период 1889 - 1900гг. в трудах русских ученых П.А. Афанасева, А.В. Гадолина, К.А. Зворыкина и А.А. Брикса были исследованы основные вопросы динамики и механики процесса резания металлов. Профессор Санкт-Петербургского технологического института П.А. Афанасьева впервые предложил схему сил резания с учетом сил трения, действующих на грани инструмента, и привел теоретическое доказательство положения о том, что коэффициент трения при резании всегда значительно больше коэффициента трения поверхностей, не сопровождающихся их разрушением. Академик-генерал А.В. Гадолин уточняет формулу И.А. Тиме для расчета силы резания, введя в нее коэффициент трения между резцом и изделием. Профессор Харьковского технологического института К.А. Зворыкин в своем труде "Работа и усилие, необходимые для отделения металлических стружек" предложил следующее:

1. Систему сил и формулу для расчета силы резани;

2. Аналитическое выражение для определения угла скалывания;

3. Оригинальный гидравлический динамометр для измерения силы резания.

Профессор Михайловской артиллерийской академии А.А. Брикс в своем труде "Резание металлов (строгание)" уточнил схему стружкообразования и показал, что пластические сдвиги в срезаемом слое в каждый данный момент происходят не в какой-либо одной плоскости, а охватывают семейство плоскостей. Им получено математическое выражение для величины относительного сдвига.

Существенное влияние на развитие теории резания оказали исследования Фредерика Уинслоу Тейлора (США), который в своей работе "Искусство обработки металлов" (1900г) установил обрабатываемость материалов и определил стойкостные свойства режущих материалов.

Эти исследования завершают первый этап в развитии теории резания - этап механики деформирования срезаемого слоя и стружкообразования.

Применение для изготовления режущих инструментов быстрорежущих сталей позволило увеличить скорость резания, что существенно изменило условия обработки и вызвало необходимость изучения физики процесса резания металлов. Первые результаты в этом направлении были получены мастером-механиком Петербургского политехнического института Я.Г. Усачевым (1908 - 1917 гг.) и изложены в его труде "Явления, происходящие при резании металлов". Он впервые:

1. Исследовал тепловые явления при резании и использовал для этих целей специальные термопары;

2. Применил металлографический анализ зоны резания;

3. Установил наличие плоскостей скольжения в деформированном металле;

4. Объяснил явление нароста: "Образование нароста на резце есть одно из условий приспособляемости природы к условиям, при которых процесс совершается с наименьшей затратой энергии".

Большой вклад в развитие науки о резании металлов в этот период внесли и другие русские ученные: инженер-механик из Москвы Н.В. Погоржельский (1907 г), профессор Петербургского технологического института А.Д. Гатцук (1909 г), профессор Томского технологического института Т.И. Тихонов (1913 г), профессор Донского политехнического института (Новочеркасск) Б.Г. Соколов (1914 г). Следует также отметить в этот период достижения зарубежных ученых; в частности Шлезингера, Герберта и Шверда (Германия), которые способствовали последующему развитию отечественной науки о резании металлов.

В период 1917 - 1935 гг. исследования в области обработки резанием носили более эмпирический характер. В это время большой вклад в развитие науки о резании металлов сделал профессор Петроградского военно-механического института А.Н. Челюсткин (1922-1925 гг.). В своем труде "Влияние размеров стружки на усилие резания металлов" он предложил формулу для расчета силы резания, выражающую зависимость силы резания от влияющих на нее факторов, в частности толщины и ширины срезаемого слоя. В это же время были предложены зависимости силы резания от площади срезаемого слоя немецкими учеными Клопштоком (1923 г) и Кроненбергом (1927 г).

Заслуживают внимания результаты оптического изучения деформации и напряжений в зоне резания Кирпичевым В.Л. (1913 г) и Зайцевым А.К. (1927 г), стружкообразования Розенбергом А.М. (1929 г), термодинамическая теория резания металлов Сафронова Н.А. (1930 г), исследование станков и инструментов, проведенные Игнатьевым А.М. (1934г), Панкиным А.В., Кривоуховым В.А., Четвериковым С.С., Беспрозванным И.М., Гранковским Г.И., Рудниковым С.С., изучение академиком Ребиндером П.А. (1928 г) влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания, исследование качества обработки В.П. Линником (1931 г) и физики процесса резания академиком Кузнецовым В.Д. (1932 г), первые исследования лабораторией Оргметалла твердых сплавов типа "победит" (1930 г), экспериментальные исследования силовых и стойкостных зависимостей комиссии по резанию металлов под представительством Е.П. Надеинской (1930-1935 г). В это и более позднее время в отечественной науке о резании металлов сформировались основные научные направления и школы:

1. Кинематики резания (основоположник Грановский Г. И);

2. Механики стружкообразования (Зорев Н. Н);

3. Динамики резания (Розенберг А. М);

4. Теплофизики резания (Резников А. Н);

5. Изнашивания инструмента (Лоладзе Т. Н);

6. Охлаждения и смазки (Клушин М. И);

7. Обрабатываемости (Резников Н. И);

8. Качества обработки (Ящерицын П. И).

По этим направлениям ведутся глубокие исследования, результаты которых отражены в трудах современных ученых: Боброва В.Ф., Жаркова И.Г., Кабалдина Н.Г., Макарова А.Д., Петрухина С.С., Подураева В.И., Полетики М.Ф., Родина П.Р., Силина С.С., Старкова В.К., Талантова Н.В. и других ученых.

В ближайшее время следует ожидать получения новых результатов в области:

1. Физики процесса резания на основе термодинамических, дислокационных и системных представлений;

2. Создания новых видов обработки резанием путем комбинации различных поверхностных и энергетических воздействий;

3. Создания новых инструментальных материалов и, прежде всего, износостойких покрытий;

4. Совершенствования методов математического описания и оптимизации параметров процесса резания для его автоматизированного проектирования и управления.

Лекция 2. Резание, общая схема и система резания. Кинематика резания. Движение резания и его элементы. Количественные характеристики элементарных движений резания. Основные виды обработки резанием, их краткая характеристика

РЕЗАНИЕ, ОБЩАЯ СХЕМА И СИСТЕМА РЕЗАНИЯ

Резанием называется обработка материала, заключающаяся в образовании новых поверхностей путем механического или какого-либо другого воздействия и последующего отделения части материала (стружки). Обработка резанием является по форме простой, так как для ее осуществления необходимы три основных компонента (рис.2.1): режущий инструмент, заготовка и их относительное движение, а по содержанию - сложной, так как она зависит от большого количества величин, называемых параметрами резания.

Рис.2.1 Общая схема обработки резанием:

1 - режущий инструмент; 2-заготовка; 3-стружка; 4-режущая кромка

К параметрам резания относятся: форма и размеры инструмента и заготовки, форма траектории резания, скорость относительного перемещения инструмента и заготовки, степень заглубления инструмента в заготовку, физические характеристики обрабатываемого и инструментального материалов и другие. Эти параметры в процессе резания взаимодействуют и приводят к возникновению взаимосвязанных механических, электрических, тепловых, химических и других явлений, которые обуславливают отделение и формирование поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, а также воздействие на инструмент. Поэтому обработку резанием можно представить как систему (рис.2.2), включающую на "входе" параметры резания, которые определяют совокупность характеристик физических явлений в процессе резания ("черный ящик"), и на "выходе" параметры обработанной поверхности детали и работоспособного состояния режущего инструмента. Функционирование системы и процесса резания определяется, прежде всего, кинематикой резания.

Рис.2.2 Система резания:

1 - станок; 2 - приспособление; 3 - инструмент; 4 - заготовка; 5 - среда технологическая; 6 - режим резания; 7 - кинематика; 8 - упругие и пластические деформации; 9 - трение и разрушение; 10 - тепловые явления; 11 - химические явления; 12 - электромагнитные явления; 13 - точность обработки; 14 - качество поверхности; 15 - стойкость инструмента; 16 - прочность инструмента; 17 - производительность; 18 - экономичность

КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ, ДВИЖЕНИЕ РЕЗАНИЯ И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ

Кинематика резания - это раздел теории резания, рассматривающий относительное движение инструмента и заготовки в процессе резания, его элементы, влияние этих элементов на процесс резания. Движение резания - общее (результирующее) относительное движение инструмента и заготовки в процессе резания. Оно может быть как простым, так и сложным. Сложное движение резания воспроизвести рабочим органом бывает затруднительно, поэтому его расчленяют на простые движения. Простейших движений в составе движения резания может быть несколько и их разделяют на главное движение Dr, движение подачи Ds и касательное движение Dк. Главное движение - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания. Движение подачи - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания, предназначенное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Касательное движение - движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения и направлена по касательной к режущей кромке в рассматриваемой точке, предназначенное для того, чтобы сменять контактирующие с заготовкой участки режущей кромки. Примеры элементарных движений резания представлены на рис.2.3… 2.7

Рис.2.3 Схемы видов лезвийной обработки:

а - строгание; б - строгание по копиру; в - долбление; г - обтачивание; д - растачивание; в - подрезание; 1 - обрабатываемая поверхность; 2 - обработанная поверхность; 3 - поверхность резания; Dr - главное движение; Ds - движение подачи.

Рис.2.4 Схемы видов лезвийной обработки:

а - сверление; б - центрование; в - зенкерование; г - развертывание; д - зенкование; е - цекование; 1,2,3, Dr, Ds - по рис.2.3



Рис.2.5 Схемы видов лезвийной обработки:

а - периферийное (цилиндрическое, дисковое и т.п.) фрезерование; б - торцовое фрезерование; в - круговое фрезерование; г - внутреннее протягивание; д - наружное протягивание; е - ротационное точение; 1, 2, 3, Dr, Ds - по рис.2.3; Dk - касательное движение



Рис.2.6 Схемы зубонарезания:

а - модульной пальцевой фрезой; б - модульной дисковой фрезой; в - зубофрезерование модульной червячной фрезой; г - зубострогание; д - зубодолбление; е - зуботочение долбяком; 1, 2, 3, Dr, Ds - по рис.2.3



Рис.2.7 Схемы абразивной обработки:

а - круглое наружное шлифование; б - внутреннее шлифование; в и г - плоское шлифование соответственно периферией и торцом круга; д - бесцентровое шлифование; е - заточка лезвия фрезы; Dr, Ds - по рис.2.3

Движение резания количественно характеризуется скоростью. Скоростью резания называется скорость перемещения точек режущей кромки в движении резания. Скорость главного движения r - скорость перемещения инструмента или заготовки в главном движении.

Скорость резания r измеряется в м/мин или м/с, применяются также такие характеристики как частота вращения n, мин-1 и число двойных ходов k, дв. х/мин:

 (2.1)

где D - диаметр инструмента или заготовки;

L - длина пути инструмента или заготовки.

Скорость движения подачи s - скорость перемещения инструмента или заготовки в движении подачи за каждый цикл главного движения или его часть. Различают подачу на один оборот главного движения So, мм/об или на один двойной ход Sx, мм/дв. х, подачу на один зуб Sz, мм/зуб, минутную подачу Sм, мм/мин. Математическая связь между этими подачами следующая:

(2.2)

где Z - число зубьев инструмента.

Движение подачи не следует путать с установочным движением, предназначенным для установки инструмента в новое рабочее положение вне процесса резания.

Скорость касательного движения k - это скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в касательном движении. Она не является режимной характеристикой и задается в виде соотношения k/ r.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ

Кинематика процесса резания реализуется в конкретных видах обработки, подразделяемых на лезвийную и абразивную обработку. Лезвийная обработка - обработка резанием, осуществляемая лезвийным инструментом; абразивная обработка - обработка абразивным инструментом, работающим по любой кинематической схеме резания.

По назначению можно выделить следующие основные виды обработки: отрезание - обработка резанием заключающаяся в отделении заготовки в качестве части от целого вдоль одной ее стороны; вырезание - обработка резанием, заключающаяся в отделении заготовки в качестве части целого вдоль двух или нескольких ее сторон; разрезание - обработка резанием, заключающаяся в разделении заготовки на части; снятие фаски - обработка резанием, заключающаяся в образовании фаски; резьбонарезание - обработка резанием, заключающаяся в образовании резьбы; зубонарезание - обработка резанием, заключающаяся в образовании зубьев; зубозакругление - обработка резанием концов зубьев вблизи торца зубчатого колеса, заключающаяся в придании им формы, облегчающей ввод колеса в зубчатое зацепление; затылование - обработка резанием, заключающаяся в образовании задних поверхностей затылованных зубьев.

К обработке резанием также относится слесарная обработка: опиливание, резка, рубка, шабрение.

Вид лезвийной обработки определяется видом и направлением главного движения резания, сообщением его инструменту или заготовке, видом и направлением движения подачи, формой получаемой поверхности, видом и типом режущего инструмента. С учетом перечисленных признаков существующие виды обработки резанием условно можно подразделить на поступательные, токарные, осевые, фрезерные и т.д. Условность такого подразделения обусловлена многообразием и сложностью видов обработки резанием, затрудняющих их включение в ту или иную группу. В настоящее время применяются виды обработки, представляющие собой комбинации признаков из вышеперечисленных групп, например, фрезеточение, резьбофрезерование, резьбопротягивание и т.п.

К поступательным видам обработки относятся строгальные, долбежные и протяжные виды обработки.

Строгание и долбление - обработка резанием осуществляемая однолезвийным инструментом с возвратно-поступательным главным движением резания (см. рис.2.3, а, б, в). Строгание и долбление обычно применяются при обработке несложных профильных поверхностей с прямолинейными образующими, а также для обработки вертикальных и горизонтальных плоскостей в единичном и массовом производствах. Для этого процесса характерно действие на инструмент ударных нагрузок, небольшие скорости резания (1…1,5 м/c) и низкая производительность обработки вследствие инерционности движущихся частей станков и наличия холостого хода стола или инструмента.

Точение - лезвийная обработка с вращательным главным движением резания и возможностью изменения радиуса его траектории. Это наиболее универсальный и широко применяемый вид обработки резанием, позволяющий получать детали практически любой формы с высокой точностью и качеством. Разновидности точения: обтачивание - точение наружной поверхности с движением подачи вдоль образующей линии обработанной поверхности (см. рис.2.3, г); растачивание - точение внутренней поверхности с движением подачи вдоль образующей линии обработанной поверхности (см. рис.2.3, д); подрезание - точение торцовой поверхности (см. рис.2.3, е). При точении, как и при строгании и долблении, возможна обработка фасонным резцом и обработка по копиру (см. рис.2.3, б).

Осевая обработка - лезвийная обработка с вращательным главным движением резания при постоянном радиусе его траектории и движением подачи только вдоль оси главного движения резания. Основные виды осевой обработки - это сверление, зенкерование и развертывание.

Сверление - осевая обработка сверлом (см. рис.2.4, а, б). Сверление применяется для получения отверстий в сплошном материале, а также для рассверливания на больший диаметр уже имеющихся отверстий и получения центровочных отверстий. Сверлением обеспечивается 11…12-й квалитеты точности и шероховатость обработанной поверхности Rz=80…20 мкм. Процесс резания при сверлении во многом аналогичен точению, но имеет ряд особенностей, обусловленных:

1) переменностью переднего угла, принимающего малые и даже отрицательные значения у поперечной кромки, что приводит к повышению деформации срезаемого слоя, силы и температуры резания;

2) изменением скорости резания по длине режущей кромки, сказывающимся на изменении деформации в смежных элементах;

3) ухудшением отвода стружки и затруднением проникновения СОЖ в зону резания;

4) отсутствием задних углов на вспомогательных режущих кромках, что повышает силы трения.

Зенкерование и развертывание - осевая обработка соответственно зенкером и разверткой (см. рис.2.4, в, г). Зенкерование применяется для обработки предварительно просверленных, прошитых или отлитых отверстий с целью повышения их точности (11…9-й квалитеты) и снижения шероховатости до Ra=2 мкм. Развертывание предназначено для окончательной (чистовой) обработки предварительно просверленных или расточенных резцом или зенкером цилиндрических и конических отверстий с точностью до 7-го квалитета и шероховатостью до Ra=0,6 мкм. Процессы зенкерования и разверывания протекают в более благоприятных условиях, чем сверление, так как у зенкера и развертки нет поперечной режущей кромки; глубина резания сравнительно небольшая и скорость резания вдоль режущих кромок постоянна. Вместе с тем, наблюдаются большие силы трения на ленточках и неудовлетворительные условия размещения и отвода стружки.

Зенкование и цекование - осевая обработка соответственно зенковкой и цековкой (см. рис.2.4, д, е).

Фрезерование - лезвийная обработка с вращательным главным движением резания при постоянном радиусе его траектории, сообщаемым инструменту, и хотя бы одним движением подачи, направленным перпендикулярно оси главного движения резания.

Фрезерование применяется при обработке плоскостей, пазов с прямолинейным и винтовым направлением, шлицев, тел вращения, разрезки заготовок, образования резьбы, а также для получения фасонных поверхностей. Фрезерованием обеспечивается 11…9-ый квалитеты точности и шероховатость обработанной поверхности с Rz=40…3,2мкм. К особенностям процесса фрезерования относятся:

1) периодически повторяющееся чередование рабочего и холостого циклов движения зуба фрезы;

2) переменность толщины срезаемого слоя и рабочей длины лезвия. На практике используются: периферийное и торцевое фрезерование - фрезерование соответственно периферийным и торцевым лезвийным инструментом (см. рис.2.5, а, б); круговое фрезерование - фрезерование поверхности вращения (см. рис.2.5, в); охватывающее фрезерование - фрезерование инструментом, зубья которого расположены на внутренней поверхности его корпуса. В зависимости от направления векторов скоростей главного движения и подачи различают попутное и встречное фрезерование. Если векторы скоростей главного движения резания и движения подачи в месте контакта инструмента и заготовкой направлены в одну сторону, то это попутное фрезерование, а если - в противоположные стороны, то встречное фрезерование. Встречное и попутное фрезерование различаются целым рядом физических и технологических особенностей. Например, попутное фрезерование более спокойный процесс в смысле вибраций, более благоприятно с точки зрения действующих на заготовку сил и уменьшения температуры резания, а также устранения явления наклепа.

Протягивание - обработка многолезвийным инструментом с поступательным главным движением резания, распространяемая на всю обрабатываемую поверхность без движения подачи. Срезание припуска осущетсвляется за счет превышения (подъема) последующего зуба над предыдущим. Производительность этого процесса, несмотря на низкие скорости резания (до 0,2…0,3м/с), в 5…10 раз выше фрезерования и в 10…15 раз - зенкерования и развертывания. Применяется в массовом и серийном производствах при получении отверстий, обработке плоских и цилиндрических наружных поверхностей с точностью до 7…9 квалитетов и шероховатостью Rz=6,3…0,8 мкм. К особенностям протягивания относится прерывистый характер работы лезвий инструмента, ударные нагрузки на зуб, срезание припуска большим количеством зубьев.

Внутреннее протягивание - протягивание внутренней замкнутой поверхности и ее элемента (см. рис.2.5, г). Наружное протягивание - протягивание наружной или незамкнутой внутренней поверхности (см. рис.2.5, д).

Ротационная обработка - обработка лезвийным инструментом с касательным движением режущей кромки (см. рис.2.5, е). Этот вид резания применяется для обработки плоскостей, наружных и внутренних цилиндрических поверхностей. За счет периодической смены участков режущей кромки в процессе резания стойкость ротационного инструмента в десятки раз выше стойкости, например, токарного резца. При этом обеспечивается высокая производительность и качество обработки.

Зубонарезание может осуществляться по методу копирования и методу обкатки. При первом способе обработки профиль инструмента (см. рис.2.6, а, б) определяется профилем впадины нарезаемого колеса. Нарезание зубчатых колес по методу обкатки производится червячными модульными фрезами, долбяками, строгальными резцами и другими инструментами по определенной кинематической схеме (см. рис.2.6, в…е). Особенности зубонарезания: изменяется сечение срезаемого слоя за время обработки одним зубом; одновременно участвуют в резании несколько зубьев; различные участки лезвия неодинаково нагружаются из-за различного среза и имеют различную скорость резания; трудности обеспечения оптимальной геометрии лезвия из-за его сложной формы и сложного движения резания.

Резьбонарезание осуществляется по любой кинематической схеме лезвийным инструментом (резцом, метчиком, плашкой, фрезой, гребенкой и т.д.), абразивным инструментом (одно - и многониточными кругами), пластическим деформированием (накатыванием плашками, роликами, раскатками). К особенностям резьбонарезания относятся:

1) срезание стружки тонкими слоями;

2) участие в работе двух и более лезвий.

К видам абразивной обработки относятся: круглое и внутреннее шлифование (см. рис.2.7, а, б), плоское шлифование периферией и торцом круга (см. рис.2.7, в, г), бесцентровое шлифование (см. рис.2.7, д), зубошлифование, сферошлифование, заточка лезвия инструмента (см. рис.2.7, е), отрезное шлифование, ленточное шлифование, хонингование, суперфиниширование, доводка.

Шлифование - это процесс резания материалов, осуществляемый зернами абразивного, алмазного или эльборового материалов. Обеспечивает 6…9 квалитеты точности и шероховатость обработанной поверхности Ra=0,63…0,64 мкм. Особенности: многопроходность, высокие скорость резания (30…70 м/c) и температура резания.

Ленточное шлифование - обработка абразивными лентами. Абразивные ленты применяются для формообразования деталей при круглом, внутреннем и бесцентровом шлифовании, для обработки поверхностей деталей сложной формы, для обдирки, доводки и полировки.

Хонингование - обработка абразивными брусками, которым сообщают, как правило, три движения по отношению к заготовке: вращение, возвратно-поступательное перемещение и радиальную подачу.

Суперфиниширование - отделочная обработка поверхностей деталей мелкозернистыми абразивными брусками. Особенностью процесса является колебательное движение брусков с частотой 500…5000 дв. ход/мин. и амплитудой 2…5 мм. Получают поверхность шероховатостью до Ra=0,08…0,16 мкм с минимальной огранкой (0,5 мкм).

Доводка - резание-царапанье обрабатываемой поверхности большим количеством мельчайших абразивных частиц. Применяют для финишной обработки высокоточных плоских и фасонных поверхностей, отверстий малого диаметра, шариков для подшипников, деталей топливной аппаратуры и др. Достигается шероховатость поверхности Ra = 0,01…0,16 мкм и погрешность формы не более 0,5…0,1 мм. Для доводки используют абразивные порошки и пасты, а также притиры, например, чугунные.

Несмотря на многообразие видов обработки резанием все они могут быть сведены к сравнительно небольшому числу основных случаев работы лезвий инструмента:

1. По форме рабочих участков режущих кромок, участвующих в резании (рис.2.8, а, б) - свободное резание, если в работе участвует только одна прямолинейная режущая кромка и несвободное резание, если в работе участвуют две и более режущих кромок.

Рис.2.8 Основные случаи работы режущего лезвия инструмента:

а и б - свободное и несвободное резание; в и г - прямоугольное и косоугольное резание;

1 - лезвие инструмента; 2 - режущая кромка; 3 - заготовка

2. По ориентации режущей кромки относительно вектора скорости резания (рис.2.8, в, г) - прямоугольное резание, если вектор скорости резания перпендикулярен режущей кромке, и косоугольное резание, если вектор скорости резания не перпендикулярен режущей кромке.

3. По количеству одновременно участвующих в работе лезвий - однолезвийное (см. рис.2.3) и многолезвийное (см. рис.2.4 … 2.6).

4. По протеканию процесса резания во времени - непрерывное (см. рис.2.3, 2.4) и прерывистое резание (см. рис.2.5, 2.6).

5. По форме сечения срезаемого слоя - с постоянным (см. рис.2.3, 2.4) и переменным (см. рис.2.5, 2.6) сечениями.

Каждый из видов обработки резанием характеризуется конкретной кинематической схемой резания.