Система станок-приспособление-инструмент-заготовка (СПИЗ).

Основы теории резания.

Основные термины и определения.

При обработке металлов резанием, изделие получается в результате срезания с заготовки слоя припуска, который удаляется в виде стружки. Готовая деталь ограничивается вновь образованными поверхностями. На обрабатываемой заготовке в процессе резания различают обрабатываемую и обработанную поверхности. Кроме того, непосредственно в процессе резания, режущей кромкой инструмента образуется и временно существует поверхность резания (Рис. 1).

Рис. 1 Поверхности, возникающие в процессе обработки.

Для осуществления процесса резания необходимо и достаточно иметь одно взаимное перемещение детали и инструмента. Однако для обработки поверхности одного взаимного перемещения, как правило, недостаточно. В этом случае есть необходимость иметь два и более взаимосвязанных движений обрабатываемой детали и инструмента. Совокупность нескольких движений инструмента и обрабатываемой детали, обеспечивает получение поверхности требуемой формы. При этом, движение с наибольшей скоростью называют главным движением (D_Г), а все остальные движения называются движениями подачи (D_S). Суммарное движение режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение и движение подачи, называется результирующим движением резания (D_e). Геометрическая сумма главного движения резания и скорости движения подачи определяет величину скорости результирующего движения резания (V_e). Плоскость, в которой расположены вектора скоростей главного движения резания и движения подачи, называется рабочей плоскостью (P_S). В этой плоскости измеряются угол скорости резания η и угол подачи μ (Рис. 2). Для случаем токарной обработки, угол подачи μ = 90º.

Рис. 2 Рабочая плоскость при токарной обработке.

Параметры резания.

Интенсивность процесса резания определяется напряженностью режима резания. Режим резания характеризуют три параметра:

1. Глубина резания t (мм);

2. Подача S (мм/об);

3. Скорость резания V (м/мин).

Глубиной резания называется толщина слоя обрабатываемого материала, срезаемого за один проход инструмента.

Подачей называется величина перемещения инструмента или обрабатываемой детали в единицу времени или величина этого перемещения, отнесенная к величине главного движения.

Скоростью резания называется скорость перемещения поверхности резания относительно режущей кромки инструмента. Скорость резания можно представить как путь, пройденный режущим инструментом в единицу времени в направлении главного движения по поверхности резания.

Величины подачи и глубины резания определяют величину площади сечения срезаемого слоя (сечения среза):

(1)

Процесс пластической деформации срезаемого слоя и напряженность процесса резания наиболее полно оценивается не величиной площади поперечного сечения среза, а величинами ширины a и толщины b поперечного сечения срезаемого слоя (Рис. 3):

Рис. 3 Иллюстрация к формуле (1).

Толщиной срезаемого слоя a называют расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания. Шириной срезаемого слоя b называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания.

Форма поперечного сечения среза зависит от формы режущей кромки инструмента и от расположения ее относительно направления движения подачи. При резании инструментом с прямолинейной режущей кромкой, толщина среза a постоянная на всей ширине среза, а при резании инструментом с криволинейной режущей кромкой толщина среза неодинакова в разных точках по ширине среза. Из Рис. 3 видно, что при постоянных значениях подачи S и глубины резания t, ширина среза b и толщина среза a изменяется в зависимости от положения режущей кромки, а также в зависимости от угла φ между режущей кромкой и направлением подачи.

Из Рис. 3 видно, что:

В результате того, что режущий инструмент имеет вспомогательный угол φ₁ не равный нулю, фактическая площадь среза f_факт меньше номинальной на величину площади среза оставшихся на обработанной поверхности гребешков. Их величина Δf несоизмеримо мала по сравнению с номинальной f и для каких-либо расчетов ею можно пренебречь.

Производительность обработки резанием может характеризоваться объемом металла, срезаемого в единицу времени. Этот объем может быть определен как произведение площади поперечного сечения среза и длины пути, пройденного режущим инструментом в единицу времени:

(2)

Кроме того, производительность механической обработки может оцениваться также величиной площади поверхности, обработанной в единицу времени или по другим показателям.

От выбора режима резания зависит производительность труда, качество и стоимость изготовления деталей.

Рекомендации по выбору режимов резания:

1. Глубина резания: припуск на обработку можно в один или несколько проходов; выгоднее работать с возможно меньшим количеством проходов. Следует весь припуск снимать за один проход, если мощность и прочность станка, а также прочность инструмента и жесткость обрабатываемой детали допускают это. Если же припуск на обработку велик, а обработанная поверхность должна быть точной и чистой, следует припуск разделить на два прохода, оставляя на чистовую обработку минимальную его часть;

2. Подача: для получения наибольшей производительности следует работать с возможно большими подачами. Величина подачи при черновой обработке ограничивается жесткость детали, прочностью инструмента и слабых звеньев механизма подачи станка. Величина подачи при получистовой и чистовой обработке определяется требованиями чистоты поверхности и точности детали;

3. Скорость резания: скорость резания зависит главным образом от обрабатываемого материала, материала и стойкости инструмента, глубины резания, подачи и способа охлаждения.

Основные случаи резания.

Процесс пластической деформации срезаемого слоя и образования стружки, кроме указанных ранее параметров, может характеризовать степень усложненности условий, в которых совершается образование стружки. По этому признаку различают два случая резания: свободное и несвободное (усложненное).

1. Свободное резание (Рис. 4).

Происходит в случае, когда в резании участвует одна прямолинейная режущая кромка. Деформированное состояние срезаемого слоя при этом является плоским.

Рис. 4 Случай свободного резания.

В этом случае деформация совершается в плоскостях, параллельных друг другу и все элементарные объемы срезаемого слоя могут свободно перемещаться в параллельных направлениях.

Свободное резание может осуществляться также при строгании прямых гребешков на плоской поверхности призматической заготовки или при точении с поперечной подачей буртика на цилиндрической заготовке. Длина прямолинейной режущей кромки инструмента в обоих случаях должна быть больше ширины гребешков или буртика на ширину перекрытия режущего лезвия. Свободное резание обычно производится при выполнении каких-либо экспериментов в различных исследованиях. Это делается для того, чтобы исключить влияние усложненного деформирования срезаемого слоя на исследуемое явление.

2. Несвободное (усложненное) резание (Рис. 5).

Рис. 5 Случай несвободного резания.

Данный случай резания характеризуется тем, что отдельные объемы срезаемого слоя на разных участках режущей кромки перемещаются в разных направлениях, что создает условия сложного деформированного состояния и затруднят образование стружки.

При несвободном резании отдельные элементарные объемы срезаемого слоя перемещаются в разных направлениях и, поэтому в разных точках зоны резания одни и те же явления протекают по-разному, с разной степенью интенсивности. Картина состояния материала в зоне резания в одной секущей плоскости не является типичной для всех других секущих плоскостей и не повторяет картины состояния материала в других секущих плоскостях.

По расположению режущей кромки лезвия относительно направления главного движения (вектора скорости резания), резание может быть прямоугольным или косоугольным. При расположении режущей кромки под прямым углом к направлению главного движения, процесс резания называется прямоугольным. Если же режущая кромка расположена к направлению резания не под прямым углом – процесс резания называют косоугольным. При прямоугольном резании, стружка завивается в плоскую логарифмическую спираль, а при косоугольном – в винтовую, направление и шаг которой зависят от расположения режущей кромки.

Резание может осуществляться режущими инструментами с одним лезвием или с несколькими лезвиями. Согласно этому, резание может называться однолезвийным или многолезвийным. Также резание может быть непрерывным (при точении), или прерывистым (при фрезеровании) и происходить с постоянным или переменным сечением среза.

Система станок-приспособление-инструмент-заготовка (СПИЗ).

Станок

Технологическая система станок-приспособление-инструмент-заготовка (СПИЗ) (Рис. 6) представляет собой упругую систему, деформации которой в процессе обработки обуславливают возникновение систематических и случайных погрешностей размеров и геометрической формы обрабатываемых заготовок. Вместе с тем, эта технологическая система является замкнутой динамической системой, способной к возбуждению и поддержанию вибраций, порождающих погрешности формы обрабатываемых поверхностей (некруглость, волнистость) и увеличивающих их шероховатость.

Приспособление

Инструмент

Заготовка

Рис. 6 Система СПИЗ.

В процессе резания могут возникать смещения, зазоры в подшипниках, люфты в механизмах зажима заготовки, что приводит к искривлению обрабатываемых поверхностей.

Жесткостью j технологической системы называется способность системы оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил. При нахождении жесткости системы по значениям жесткости отдельных ее звеньев, удобно пользоваться понятием податливости.

Податливостью ω технологической системы называется способность этой системы упруго деформироваться под действием внешних сил.

(3)