Методы обработки лезвийным инструментом

1 Методы обработки  лезвийным инструментом

1. Строгание и долбление

Строгание и долбление - обработка  резанием осуществляемая однолезвийным инструментом с возвратно-поступательным главным движением. 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.

При строгании и долблении  осуществляются два вида движений: поступательное главное движение со скоростью и прерывистое движение подачи в направлении, перпендикулярном к вектору главного движения. При обработке на поперечно-строгальных станках резец совершает возвратно-поступательное движение со скоростью и, а заготовка — движение поперечной подачи в горизонтальной плоскости. На продольно-строгальных станках, наоборот, заготовка совершает возвратно-поступательное движение со скоростью и, а режущий инструмент — движение подачи. Разновидностью строгания является долбление, которое осуществляется на долбежных станках, где резец совершает возвратно-поступательное движение со скоростью в вертикальной плоскости, а заготовка имеет движение подачи. Прерывистость главного движения при строгании и долблении способствует охлаждению инструмента во время обратного хода, однако при обработке возникают динамические нагрузки на режущий инструмент, так как резец при врезании и на выходе испытывает удар. Поэтому строгание и долбление производятся со сравнительно невысокими скоростями резания (не более 50 м/мин) даже при обработке износостойкими резцами, оснащенными твердым сплавом. Строгание на данный момент является столь же востребованным, как и матрасы в СПб.

Используемые в металлообрабатывающей  промышленности резцы по виду выполняемых работ, так же как и токарные, подразделяются на проходные, подрезные, отрезные и фасонные. Однако вследствие действия ударных нагрузок площадь поперечного сечения их державок делается в 1,25—1,5 раза больше, чем у токарных резцов. При чистовой обработке длинных плоскостей чугунных направляющих станин станков и приборов широко применяются лопаточные, или широкие чистовые резцы с длинным главным режущим лезвием (до 40 мм). Чистовое строгание чугунных деталейзаменяет трудоемкие операции шабрения и чистового шлифования. При выборе геометрических параметров строгальных и долбежных резцов учитываются особенности прерывистых процессов строгания и долбления. Для уменьшения ударных нагрузок принимают передний угол у на 5—10° меньшим, чем у токарных резцов, а угол наклона лезвия положительным. Скорость резания определяется скоростью прямолинейного движения стола или резца, глубина резания — припуском, срезаемым за один проход, а движение подачи является прерывистым и осуществляется в конце обратного хода заготовки или резца. Ширина и толщина а срезаемого слоя измеряются так же, как и элементы срезаемого слоя при точении: вдоль главного режущего лезвия, в перпендикулярном к нему направлении.

1.2 Точение

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; растачивание - точение внутренней поверхности с движением подачи вдоль образующей линии обработанной поверхности; подрезание - точение торцовой. При точении, как и при строгании и долблении, возможна обработка фасонным резцом и обработка по копиру.

Виды точения. По технологическим возможностям точение условно подразделяют на:

• черновое точение — удаление дефектных слоев заготовки, разрезка, отрезка и подрезка торцов заготовки. Срезается поверхностная «корка» и основная (»70%) часть припуска на обработку, позволяет получать шероховатость 50…12,5 Ra.
• получистовое точение — снятие 20…25% припуска и позволяет получать шероховатость 6,3…3,2 Ra и точность 10…11-го квалитетов. Заготовка получает форму, близкую к детали.
• чистовое точение — обеспечивает получение шероховатости 3,2…1,6 Ra и точность 7-9-го квалитетов. Деталь получает окончательную форму и размеры.
• тонкое точение — позволяет при срезании очень тонких стружек получать на поверхностях детали шероховатость 0,40..0,20 Ra и точность 5-7-го квалитетов.

1.3 Осевая обработка 

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. 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 развертывания 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.

1.4 Фрезерование

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; круговое фрезерование - фрезерование поверхности вращения; 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.

1.5 Протягивание

Протягивание - обработка  многолезвийным инструментом с поступательным главным движением резания, распространяемая на всю обрабатываемую поверхность без движения подачи. Срезание припуска осуществляется 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.

Для выполнения протягивания применяют специальный многолезвийный инструмент, имеющий постоянный (без учета износа) геометрический профиль, и который расположением рабочих лезвий (так называемых «зубьев») обеспечивает условие подачи. То есть при движении развертки с постоянной скоростью происходит последовательное врезание в обрабатываемую поверхность каждого следующего по подаче режущего лезвия. Образующаяся при резании материала стружка, в отличие от других видов обработки резанием, не удаляется автоматически из зоны резания, а накапливается в впадинах (канавках) между рабочими лезвиями и выносится только по выходу инструмента из тела обрабатываемой заготовки. Это условие крайне утяжеляет обработку и до предела увеличивает нагрузки на инструмент. В отличие от внутренних и наружных протяжек, дорны применяемые для обработки только сквозных отверстий работают на сжатие и изгиб (куда более долговечны чем протяжки). Простейшая протяжка представляет собой инструмент той или иной длины и диаметра (сечения, профиля), имеющий хвостовую часть (захват протяжки с замковым отверстием или пазом), режущую часть (расчетное количество «зубьев» для резания и калибрования), калибрующую часть (выглаживание профиля).

Применяют следующие инструменты:

• Цельные внутренние протяжки всевозможных запроектированных профилей.
• Сборные внутренние протяжки (в том числе с регулировкой износа).
• Цельные наружные протяжки всевозможных запроектированных профилей.
• Сборные наружные протяжки.
• Круговые сборные наружные протяжки.
• Цельные дорны.
• Сборные дорны.

Для изготовления протяжек применяют среднелегированные инструментальные стали, быстрорежущие стали, оснащение сборных протяжек и дорнов твердыми сплавами. При протягивании применяют обильное охлаждение инструмента и заготовки СОЖ.

1.6 Ротационная  обработка

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.

Ротационная обработка предназначена  для получения сложных поверхностей деталей типа лопастей турбин, лопаток, шнеков, а так же деталей типа кулачковых и коленчатых валов. Находит широкое применение в авиационной, автомобильной, нефтяной и газовой промышленности, а так же, при изготовлении декоративных фигур и других деталей сложной формы.

Главной особенностью операции является то, что помимо линейных осей задействованной оказывается в  основном одна четвертая поворотная ось при фиксированном положении  пятой оси (если она присутствует). В некоторых случаях задействованной  может оказаться и пятая ось  станка.

1.7  Зубонарезание

 Зубонарезание может осуществляться по методу копирования и методу обкатки. При первом способе обработки профиль инструмента 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. 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.

При изготовлении эвольвентных зубчатых колес различают два метода зубонарезания: копированием профиля режущего инструмента (метод деления) и обкатыванием (метод огибания).

Метод копирования. По методу копирования впадина между зубья­ми колеса образуется режущим инструментом (резцом, пальцевой или дис­ковой фрезой, протяжкой, шлифовальным кругом), имеющим профиль ре­жущих кромок, одинаковый с про­филем впадины обрабатываемого колеса.

Дисковой модульной фрезой на горизонтально-фрезерном станке нарезают зубчатые колеса. Фреза совершает вращательное движение, а стол станка  с нарезаемым колесом и делительной головкой перемещается вдоль оси колеса (продольная подача). После того как впадина зуба профрезерована полностью, стол с заготовкой, посаженной на оправу , и делительной головкой отводится в ис­ходное положение, а заготовка с помощью делительной головки повора­чивается на один зуб или на один шаг. Далее фрезеруется следующая впа­дина и т. д.

При больших модулях размеры дисковых фрез получаются очень боль­шими, поэтому при нарезании зубчатых колес с модулем от 30 до 75 мм предпочитают применять пальцевые фрезы.

Метод обкатывания. При нарезании зубьев червячной фрезой последней сообщают вращательное движение в направлении стрелки А и поступательное движение подачи в направлении стрелки В. Одновременно заготовка получает вращательное движение. Благодаря вращатель­ным движениям фрезы и заготовки профили режущих кромок фрезы зани­мают по отношению к профилю зубьев колес ряд положений. Эвольвентные профили зубьев колеса образуются при этом как огибающие ряда положений кромок фрезы.

Другой инструмент, работающий по методу огибания, — режущее зубчатое колесо (долбяк), зубьям которого придана форма, обеспечивающая им режущие свойства. Червячная фреза и долбяк — универсальные инструменты. Они имеют преимущественное применение при нарезании зубьев на зубчатых колесах.

Метод обкатывания наиболее точен и производителен и является основ­ным при обработке зубчатых колес.

Наша промышленность выпускает  различные зубообрабатывающие стенки. Так, нарезание зубьев методом обкатывания производится на зубофрезерных, зубодолбежных и зубострогальных станках.

1.8 Резьбонарезание

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.

Резьба широко применяется  в современном машиностроении. Известно, что посредством резьбы обеспечивается надежное соединение различных разъемных деталей машин, осуществляется передача усилий и движений в прессах, домкратах, станках, редукторах и т. д.

Резьбы бывают и наружные, и внутренние, а в зависимости  от того какое направление имеет  винтовая линия резьбы разделяются  на правые и левые.

Правая резьба имеет подъем нитки слева направо, и ввертывание  болта или гайки происходит по часовой стрелке. Левая резьба имеет  подъем, справа налево, и завинчивание производится против часовой стрелки. Правая резьба является основной и  наиболее распространенной.

Если резьба состоит из двух-трех или нескольких параллельно  навитых на цилиндре винтовых линий, то она называется соответственно двухзаходной, трехзаходной и многозаходной.

В многозаходных резьбах различают ход резьбы и шаг резьбы. Ходом резьбы называется то расстояние, на которое по оси сдвинется болт или гайка при повороте на один оборот. Шаг резьбы это расстояние между двух точек соседних профилей, измеряемое параллельно оси резьбы.

Ход многозаходной резьбы S_o равен шагу резьбы S, умноженному на количество заходов:  S_o = S_i

В однозаходных резьбах шаг и ход резьбы совпадают. Число заходов многозаходной резьбы легко определить с ее торца посредством подсчета конца витков.