Формообразование инструмента.

1. ВВЕДЕНИЕ................................................................................... 3

2. КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ........................................................ 4

2.1 Исполнительные движения..............................................................4-5

2.2 Формообразование инструмента........................................................5

2.3 Формообразование изделия............................................................ 5-6

2.4 Схемы резания..................................................................................... 6

2.5 Режим резания.................................................................................. 7-9

2.6 Геометрия инструмента................................................................. 9-12

2.7 Геометрия резания....................................................................... 12-13

2.8 Геометрия срезаемого слоя............................................................... 13

2.9 Экономика резания...................................................................... 13-14

3. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ................................... 15

3.1 Требования к инструментальным материалам................................ 15

3.2 Инструментальные стали.................................................................. 15

3.3 Металлокерамические твердые сплавы............................................ 15

3.4 Минералокерамика........................................................................... 16

3.5 Сверхтвердые материалы................................................................. 16

3.6 Назначение инструментальных материалов............................... 16-17

4. ТОЧЕНИЕ, СТРОГАНИЕ И ДОЛБЛЕНИЕ................................. 18

4.1 Схемы резания................................................................................... 18

4.2 Токарный, строгальный и долбежный станки............................ 18-20

4.3 Геометрия резцов......................................................................... 21-26

4.4 Режим резания.............................................................................. 26-27

4.5 Параметры резания...................................................................... 27-30

5. СВЕРЛЕНИЕ, ЗЕНКЕРОВАНИЕ И РАЗВЕРТЫВАНИЕ.......... 31

5.1 Схема резания................................................................................... 31

5.2 Сверлильный станок.................................................................... 31-32

5.3 Геометрия сверла, зенкера и развертки...................................... 33-36

5.4 Режим резания.............................................................................. 36-37

5.5 Параметры резания...................................................................... 37-40

6. ФРЕЗЕРОВАНИЕ............................................................................. 41

6.1 Схемы резания................................................................................... 41

6.2 Фрезерный станок........................................................................ 41-43

6.3 Геометрия фрез............................................................................ 43-45

6.4 Режим резания.............................................................................. 45-46

6.5 Параметры резания...................................................................... 46-49

7. ПРОТЯГИВАНИЕ............................................................................ 50

7.1 Схема резания................................................................................... 50

7.2 Геометрия протяжки.................................................................... 51-53

7.3 Режим резания................................................................................... 53

7.4 Параметры резания...................................................................... 59-54

8. ШЛИФОВАНИЕ................................................................................ 55

8.1 Схемы резания................................................................................... 55

8.2 Шлифовальные станки...................................................................... 56

8.3 Характеристика шлифовального круга...................................... 56-59

8.4 Режим резания.............................................................................. 59-60

8.5 Параметры резания...................................................................... 60-61

9. РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЕ....................................................................... 62

9.1 Схемы резания................................................................................... 62

9.2 Геометрия метчика....................................................................... 62-65

9.3 Режим резания................................................................................... 66

9.4 Параметры резания........................................................................... 66

10. ЗУБОНАРЕЗАНИЕ......................................................................... 67

10.1 Схемы резания................................................................................. 67

10.2 Зуборезные станки..................................................................... 67-73

10.3 Геометрия зуборезного инструмента........................................ 73-75

10.4 Режим резания............................................................................ 75-76

10.5 Параметры резания......................................................................... 76

В машиностроении применяются различные виды формообразующей обработки материалов: литье, давление, резание, а также сварка и резка. Развитию резания способствовало повышение требований к качеству изделий, так как только резание, уступая иногда по производительности, обеспечивает наивысшее качество изделий.

Резание - управляемый процесс локальной пластической деформации и разрушения материала инструментом с целью получения изделия заданного качества. Резание сопровождается затуплением инструмента.

Управление резанием осуществляется путем воздействия на него и контроля его состояния.

Факторы резания - независимые переменные физические величины, характеризующие воздействие на резание.

К факторам резания относятся: свойства обрабатываемого и инструментального материалов, геометрия инструмента и режим резания.

Параметры резания - зависимые переменные физические величины, характеризующие состояние резания.

К параметрам резания относятся: геометрия резания, температура резания, сопротивление резанию, сила резания, контактная температура, износ инструмента, высота микронеровностей обработанной поверхности, производительность резания и другие, а также функции их распределения.

Теория резания - логическое обобщение опыта резания материалов, отражающее его закономерности и позволяющее решать практические задачи.

Основы теории резания были заложены русскими учеными И. А. Тиме, К. А. Зворыкиным и Я. Г. Усачевым. Значительный вклад в теорию резания внесли советские ученые В. Д. Кузнецов, Н. Н. Зорев и многие другие, а также иностранные - Ф. Тейлор и другие.

Знание теории резания материалов позволяет специалисту решать практические задачи управления процессами формообразующей обработки, обеспечивая надежное получение продукции заданного качества с наибольшей эффективностью.

Кинематика резания - раздел теории резания, в котором изучаются движения материала и инструмента при резании.

Исполнительные движения - элементарные движения, совершаемые материалом и инструментом для получения изделий требуемой формы и размеров.

Исполнительное движение может быть задано либо поступательным движением П, либо вращательным движением В.

Исполнительные движения характеризуются траекторией, направлением, исходной и конечной точками, путем и скоростью.

Исполнительные движения, совершаемые во время резания, называются рабочими движениями.

Исполнительные движения, предшествующие резанию, называются установочными движениями.

Последовательные относительные смещения режущих кромок многолезвийного инструмента, фиксирующие отдельные фазы исполнительных движений, называются конструктивными движениями.

Рабочее исполнительное движение, осуществляемое с наибольшей скоростью называется движением резания. Это движение является процессообразующим движением.

Рабочие, установочные и конструктивные исполнительные движения, траектории которых лежат на обработанной поверхности, являются формообразующими движениями. Формообразующие движения, за исключением движения резания, называются движениями подачи.

Рабочее или установочное или конструктивное исполнительное движение, направленное от обрабатываемой поверхности к обработанной и определяющее линейные размеры изделия, называется движением врезания.

Установочное или конструктивное исполнительное движение для периодического перемещения при обработке многогранников, определяющее угловые размеры изделия, называется движением деления.

Исполнительные движения врезания и деления являются размерообразующими движениями.

Необходимым условием формообразования обработанной поверхности является наличие исходной инструментальной поверхности. Обработанная поверхность изделия образуется как огибающая последовательных положений исходной инструментальной поверхности при качении аксоида исходной инструментальной поверхности по аксоиду обработанной поверхности.

Обработанная поверхность изделия представляет собой след движения образующей производящей линии (ОПЛ) по направляющей производящей линии (НПЛ).

Производящая линия получается комбинацией исполнительных движений формообразования.

Если режущая кромка лежит на исходной инструментальной поверхности, то о бразующая производящая линия получается либо как копия профиля исходной инструментальной поверхности, если режущая кромка лежит на обработанной поверхности, либо как огибающая последовательных положений профиля исходной инструментальной поверхности, если режущая кромка касается обработанной поверхности. Если режущая кромка касается исходной инструментальной поверхности и обработанной поверхности, то образующая производящая линия получается как след движения точки касания.

Направляющая производящая линия получается либо как след движения точки на режущей кромке, если траектория движения резания лежит на обработанной поверхности, либо как касательная к следу циклического движения точки на режущей кромке, если траектория движения резания касается обработанной поверхности.

Различным сочетаниям способов получения образующих и направляющих производящих линий соответствуют принципиальные кинематические схемы резания.

где Н_О - количество движений для получения ОПЛ,

где Н_П - количество процессообразующих движений, равное 1;

Н_Р - количество размерообразующих движений;

Принципиальные кинематические схемы резания.

Режим резания – совокупность факторов резания, характеризующих движение материала и инструмента.

Движение резания. Если движение резания является поступательным, то оно характеризуется скоростью резания v м/мин. Если движение резания является вращением детали диаметромD_д мм или инструмента диаметром D_и мм, то оно характеризуется частотой вращения n мин^-1. В этом случае скорость резания определяется диаметром D и частотой вращения n.

Движения подачи. Если движение подачи является поступательным, то оно характеризуется либо подачей s_o мм (перемещением за один цикл), либо скоростью подачи s_м мм/мин. Если движение подачи является вращением детали диаметром D_д мм, то оно характеризуется либо круговой подачей s_k мм (перемещением по дуге окружности диаметром D_д мм за один цикл), либо частотой круговой подачи s_n мин^-1. В этом случае скорость подачи определяется диаметром детали D_д мм и частотой круговой подачи s_n.

При нарезании зубчатых колес скорость подачи определяется модулем m мм, числом зубьев колеса z и частотой круговой подачи s_n

Если образующая производящая линия является копией профиля исходной инструментальной поверхности, то к режиму резания относится ширина резания В мм, равная размеру этого профиля, измеренному по бинормали к направляющей производящей линии. Движение подачи как таковое при этом отсутствует.

Движение врезания. Поступательное движение врезания характеризуется либо скоростью врезания t_м мм/мин, либо врезанием t_о мм (перемещением за один цикл), либо врезанием на зуб t_z мм (перемещением на один зуб). Врезание на зуб определяется врезанием t_о и числом зубьев инструмента z_и

Расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали к направляющей производящей линии, называется глубиной резания t мм (путь движения врезания). При зубонарезании, глубина резания принимается равной высоте зуба нарезаемого колеса, зависящий от модуля m

а при резьбонарезании – высоте профиля нарезаемой резьбы, зависящей от шага резьбы S мм и числа заходов k

Движение деления. Вращательное движение деления при зубонарезании характеризуется углом поворота Q - определяется числом зубьев колеса z

Время резания. К режиму резания всегда относится время резания до смены инструмента T мин.

Таким образом к режиму резания относятся следующие факторы резания:

Геометрия инструмента – совокупность факторов резания, характеризующих форму режущей части инструмента и положение ее на станке.

Режущая кромка инструмента, лежащая на исходной инструментальной поверхности, образуется при пересечении двух поверхностей: передней и задней.

Передняя поверхность – рабочая поверхность инструмента, обращенная в направлении движения резания.

Задняя поверхность – нерабочая поверхность инструмента, обращенная в направлении противоположном направлению движения резания.

Если режущая кромка инструмента касается исходной инструментальной поверхности в точке, то эта точка называется вершиной и образуется при пересечении трех поверхностей: передней, главной задней и вспомогательной задней.

Главная задняя поверхность – задняя поверхность инструмента, обращенная в направлении движения подачи.

Вспомогательная задняя поверхность – задняя поверхность инструмента, обращенная в направлении противоположном направлению движения подачи.

При пересечении передней и главной задней поверхности образуется главная режущая кромка, а при пересечении передней и вспомогательной задней поверхности – вспомогательная режущая кромка.

Геометрия инструмента характеризует положение поверхностей инструмента и режущих кромок относительно каждой из траекторий исполнительных движений: движения резания и движения подачи.

При измерении геометрии инструмента вместо предполагаемых траекторий исполнительных движений используют базовые поверхности инструмента известным образом ориентированные относительно этих траекторий.

Если режущая кромка инструмента лежит на исходной инструментальной поверхности, то к геометрии инструмента относятся: передний угол g, задний угол a и угол наклона режущей кромки l.

Передний угол g - угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к траектории движения резания.

Задний угол a - угол между задней поверхностью и траекторией движения резания.

Угол наклона режущей кромки l - угол между режущей кромкой и плоскостью, перпендикулярной к траектории движения резания.

Если режущая кромка инструмента касается исходной инструментальной поверхности, то к геометрии инструмента относятся: передний угол g, главный задний угол a, вспомогательный задний угол a₁, угол наклона главной режущей кромки l, главный угол в плане j, вспомогательный угол в плане j₁.

Главный задний угол a - угол между главной задней поверхностью и траекторией движения резания.

Вспомогательный задний угол a₁ - угол между вспомогательной задней поверхностью и траекторией движения резания.

Главный угол в плане j - угол между проекцией главной режущей кромки на плоскость, перпендикулярную к траектории движения резания, и траекторией движения подачи.

Вспомогательный угол в плане j₁ – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на плоскость, перпендикулярную к траектории движения резания, и траекторией движения подачи.

Если передняя поверхность инструмента винтовая, а передний угол g является зависимой переменной, то геометрию его следует характеризовать углом наклона винтовой поверхности w.

Если передняя поверхность инструмента винтовая, а передний угол g не изменяется вдоль режущей кромки, то угол наклона винтовой поверхности имеет тот же смысл, что и угол наклона режущей кромки l.

Если режущая часть инструмента имеет форму двухгранника, то ее форма вне зависимости от положения на станке характеризуется углом заострения b, то есть углом между передней и задней поверхностями.

Если режущая кромка инструмента имеет форму трехгранника, то ее форма вне зависимости от положения на станке характеризуется углом при вершине e, то есть углом между главной и вспомогательной режущими кромками, а также углами заострения главной и вспомогательной режущих кромок b и b₁.

Геометрия резания - совокупность параметров резания, характеризующих относительное положение материала и инструмента при резании.

Геометрия резания определяется положением поверхностей инструмента относительно траектории рабочего движения, представляющей собой результирующую траекторий рабочих исполнительных движений (Рис. 1.3).

К геометрии резания относятся задний угол и угол резания.

Задний угол a_p - угол между задней поверхностью и траекторией рабочего движения;

Угол резания d - угол между траекторией движения стружки и траекторией рабочего движения.

Геометрия срезаемого слоя - совокупность параметров срезаемого слоя, характеризующих его форму и размеры (Рис. 1.4).

Геометрию срезаемого слоя рассматривают в сечении плоскостью, перпендикулярной к траектории движения резания. К геометрии срезаемого слоя относятся: толщина, ширина и площадь сечения.

Толщина срезаемого слоя a - размер сечения срезаемого слоя, измеренный поперек режущей кромки.

Ширина срезаемого слоя b - размер сечения срезаемого слоя, измеренный вдоль режущей кромки.

Площадь сечения срезаемого слоя f равна произведению толщины срезаемого слоя на его ширину.

К совокупности параметров, характеризующих экономику резания, относятся:

· производительность резания П - объем слоя материала, срезаемого в единицу времени;

· производительность формообразования П_Ф - площадь поверхности изделия, образуемой в единицу времени;

· производительность инструмента П_И - площадь поверхности изделия, образуемой за время резания до смены инструмента;

· машинное (основное) время Т_М - период времени резания одного изделия, равный отношению объема срезаемого слоя к производительности резания;

· штучное время Т - средний период времени, необходимый для получения одного изделия;

· себестоимость обработки С₀ - затраты, связанные с амортизацией станка и инструмента в основное (машинное) время и с амортизацией станка во время восстановления.

3.1. Требования к инструментальным материалам

В соответствии со служебным назначением инструментальные материалы должны обладать:

* высокой теплостойкостью и теплопроводностью;

Инструментальная сталь - сплав железа с углеродом (0,8...1,5 %), содержащий обычные и специальные примеси и обладающий большой прочностью, малой твердостью и малой теплостойкостью.

а) углеродистые стали - высококачественные стали марок У10А, У12А и др.

б) легированные стали - заэвтектоидные стали марок 9ХС, ХВГ, ХВ5 и др., легированные хромом, волльфрамом, марганцем, кремнием и др.

в) быстрорежущие стали - теплостойкие ледебуритные стали марок Р6М5, Р9К5, Р9Ф5 и др., легированные вольфрамом, молибденом, кобальтом и ванадием.

Минералокерамика - композиционный материал, представляющий собой кристаллиты, скрепленные аморфной стекловидной фазой, и обладающий большой теплостойкостью, средней твердостью и малой прочностью.

а) оксидная минералокерамика - минералокерамика марки ВО13 и ВО18 на основе окиси алюминия (корунда).

б) оксидно-карбидная минералокерамика - минералокерамика марок ВОК60, ВОК63 и ВОК71 на основе окиси алюминия и сложного карбида вольфрама и титана.

в) оксидно-нитридная минералокерамика - минералокерамика марок ОНТ-20 "кортинит" и "силинит-Р" на основе окиси алюминия, нитрида кремния и др.

Сверхтвердые материалы - природные и синтетические материалы, обладающие наибольшей твердостью, малой и средней прочностью, средней и высокой теплостойкостью.

а) природный алмаз - непригодный для ювелирных целей алмаз сортов "борт" и "конго".

б) синтетический алмаз - поликристаллический кубический карбид углерода марок АРК (типа "карбонадо") и АРБ (типа "баллас").

в) нитрид бора - поликристаллический кубический нитрид бора (ПКНБ) марок "композит 01", "композит 05" и "композит 10".

Для фасонного точения, строгания и долбления применяют фасонные резцы.

Исходной инструментальной поверхностью при точении, строгании и долблении является поверхность, совпадающая с обработанной поверхностью изделия. Режущие кромки резцов касаются исходной инструментальной поверхности в точке. Режущие кромки фасонных резцов лежат на исходной инструментальной поверхности.

Базирование резцов при установке на станке осуществляется по двум взаимно перпендикулярным плоскостям - основной и боковой. Основная плоскость - плоскость, перпендикулярная траектории предполагаемого движения резания у вершины резца при установке ее по центру. Боковая плоскость - плоскость, перпендикулярная траектории предполагаемого движения подачи у проходных резцов или параллельная ей у расточных, подрезных, прорезных и отрезных резцов (Рис. 2.7).

Режущая часть резца ограничена тремя поверхностями: передней, главной задней и вспомогательной задней. Передняя поверхность может быть плоской, плоской с фаской и вогнутая цилиндрическая с фаской. Задние поверхности обычно плоские.

При пересечении передней и главной задней поверхности образуется главная режущая кромка, а при пересечении передней и вспомогательной задней - вспомогательная режущая кромка. Точка сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца (базовой точкой).

У прорезного и отрезного резцов делают по две вспомогательные задние поверхности и, соответственно, по две вспомогательные режущие кромки и две вершины.

К геометрии проходного резца относятся (Рис. 2.8):

· передний угол g - угол между передней поверхностью и основной плоскостью;

· главный задний угол a - угол между главной задней поверхностью и нормалью к основной плоскости;

· вспомогательный задний угол a₁ - угол между вспомогательной задней поверхностью и нормалью к основной плоскости;

· главный угол в плане j - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и нормалью к боковой плоскости;

· вспомогательный угол в плане j₁ - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и нормалью к боковой плоскости;

· угол наклона режущей кромки l - угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью.

Углы в плане расточного, подрезного, прорезного и отрезного резцов определяются между проекциями режущих кромок на основную плоскость и боковой плоскостью. Остальные углы определяются также как у проходного резца.

Рис. 2.8. Геометрия токарного проходного резца

Значения углов резца определяются в зависимости от условий обработки по таблицам нормативов.

Геометрия резцов с напайными пластинками обеспечивается при заточке.

Рис. 2.9. Установка сменной многогранной пластинки

а затем разделив обе части уравнения на cos h, получим

К режиму резания при точении, строгании и долблении относятся: глубина резания, подача, скорость резания и время резания.

Глубина резания t. Обработка изделий 13 квалитета с шероховатостью R_a>12,5 мкм с любым припуском, 11...12 квалитета с шероховатостью R_a=3,2...10 мкм с припуском до 2 мм, а также 9...10 квалитета с шероховатостью R_a=0,8...2,5 мкм с припуском до 0,4 мм выполняется за один проход.

Обработка изделий 9...10 квалитета с шероховатостью R_a=0,8...2,5 мкм с припуском свыше 0,4 мм, а также 11...12 квалитета с шероховатостью R_a=3,2...10 мкм с припуском свыше 2 мм выполняется за два прохода.

Подача s. Допустимая прочностью резца подача при предварительной обработке и допустимая шероховатостью изделия подача при окончательной обработке определяются по таблицам нормативов.

Время резания Т. Время резания до смены инструмента определяется по таблицам нормативов.

Скорость резания v. Допустимая теплостойкостью резца скорость резания либо определяется по картам нормативов, либо рассчитывается по формуле:

Значения постоянной, показателей степеней и поправочных коэффициентов, учитывающих влияние других факторов резания, определяются по таблицам нормативов.

Частота вращения заготовки при точении определяется по формуле:

где D - диаметр заготовки, а частота возвратно-поступательного движения резца при строгании и долблении - по формуле:

Частота вращения и подача корректируются по станку.

Срезаемый слой при точении, строгании и долблении, ограниченный поверхностями резания, обрабатываемой и обработанной поверхностями, рассматривается в плоскости, перпендикулярной к траектории движения резания (Рис. 2.10). Толщина срезаемого слоя a, ширина срезаемого слоя b и площадь сечения срезаемого слоя f соответственно равны:

Рис. 2.10. Геометрия срезаемого слоя при точении

Силу резания при точении, строгании и долблении раскладывают на три составляющие (Рис. 2.11): Р_Z, направленную по касательной к траектории движения резания, Р_Y, направленную по нормали к траектории движения резания Р_X, направленную по бинормали к траектории движения резания. Эти составляющие рассчитываются по формулам:

Постоянные, показатели степени и поправочные коэффициенты определяются по таблицам нормативов.

Мощность резания рассчитывается по формуле:

Рис. 2.11. Составляющие силы резания при точении

Машинное время при точении рассчитывают по формуле:

где L - длина обрабатываемой поверхности (Рис. 2.12), а при строгании и долблении - по формуле:

Сверление - способ резания сверлами на сверлильных и токарных станках, позволяющий получить внутренние цилиндрические поверхности изделий 11...12 квалитета с шероховатостью R_a=3,2...10 мкм.

Зенкерование - способ резания зенкерами на сверлильных и токарных станках, позволяющий получить внутренние цилиндрические поверхности изделий 9...12 квалитета с шероховатостью R_a=1,6...5,0 мкм.

Развертывание - способ резания развертками на сверлильных и токарных станках, позволяющий получить внутренние цилиндрические поверхности изделий 7...8 квалитета с шероховатостью R_a=0,2...2,5 мкм.

Процессобразование при сверлении, зенкеровании и развертывании происходит в результате вращательного движения резания v.

Формообразование при сверлении, зенкеровании и развертывании происходит в результате движения следа рабочего поступательного движения подачи s базовой точки режущей кромки инструмента по следу ее вращательного движения резания v.

Размерообразование обеспечивается конструктивным движением врезания t.

Требуемые исполнительные движения формообразования при сверлении, зенкеровании и развертывании обеспечиваются исполнительными кинематическими цепями сверлильного станка: цепью резания и цепью подачи (Рис. 2.13 и 2.14).

Рис. 2.14. Кинематическая схема сверлильного станка

Цепь резания связывает вращение привода с вращением инструмента и определяет скорость резания.

оборотов привода → n оборотов инструмента.

Цепь подачи связывает и согласует вращательное и поступательное движения инструмента.

оборотов инструмента → s_M мм перемещения инструмента.

Для фрезерования применяют работающие периферией цилиндрические, угловые и фасонные фрезы, работающие торцом торцовые фрезы, а также работаю

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: