Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекция - Теоретические основы машиностроения. Часть 2 - файл 1.doc


Лекция - Теоретические основы машиностроения. Часть 2
скачать (1425.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1426kb.12.12.2011 22:32скачать

содержание

1.doc

  1   2   3
Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет
Конспект лекций

по курсу «Технологические основы машиностроения»

2 часть

Обработка материалов резанием
для студентов направления 6.09.0 «Инженерная механика»

специальности 7.09.0202 «Технология машиностроения»

7.09.0203 «Металлорежущие станки и системы»
дневной и заочной форм обучений


Севастополь 2005

Лекция 8

Обработка материалов резанием 3

1. Роль отечественной науки в развитии технологии резания металлов 3

2. Основные понятия и определения 4

^ 3. Способы обработки металлов резанием и элементы режима резания 4

4. Режущий инструмент 6

4.1 Геометрические параметры режущих инструментов 7

4.2 Стойкость режущих инструментов 8

5. Силы резания 9

^ 6. Основы выбора оптимальных режимов резания 9

7. Элементы технологического процесса обработки металлов резанием 10

и пути повышения его эффективности

^ 8. Классификация металлорежущих станков 12

9. Методы формообразования поверхностей деталей машин 14

Лекция 9

Формообразующие методы обработки резанием 15

^ 1. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНО-ВИНТОРЕЗНЫХ СТАНКАХ 15

2. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ВЕРТИКАЛЬНО-СВЕРЛИЛЬНЫХ 15

СТАНКАХ

3. Обработка на расточных станках 16

^ 4. ОБРАБОТКА НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ 17

4. 1. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА ФРЕЗЕРОВАНИЯ 17

4.2 ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ГОРИЗОНТАЛЬНО-И 18

ВЕРТИКАЛЬНО- ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ

^ 5. ОБРАБОТКА НА СТРОГАЛЬНЫХ, ДОЛБЕЖНЫХ И ПРОТЯЖНЫХ СТАНКАХ 20

6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

И ОБРАБОТКА РЕЗЬБ 22

6.1 Обработка зубчатых колес 22

6.2 Обработка резьб 23

Лекция 10

Отделочные методы обработки 24

^ 1. Виды отделочной обработки 24

2. Методы отделки зубчатых колес 25

Лекция 11

1. Точность и качество обработки резанием 26

2. Влияние износа резца на точность изготовления детали резанием 27

3. Влияние вибраций на качество обработки 28

Лекция 12

^ ОСНОВЫ БАЗИРОВАНИЯ 29

1. Классификация поверхностей 29

2. Базирование, установка и закрепление заготовки 29

3. Способы установки заготовки при обработке 31

на металлорежущих станках

4. Классификация баз и примеры их реализации 31

^ 5. Условные обозначения баз в технологической документации 35

6. Типовые схемы базирования 35

6.1 Схемы базирования заготовок типа валов 35

6.2 Схемы базирования заготовок типа дисков, колец 36

Лекция 8

Обработка материалов резанием
Введение

Обработка резанием в настоящее время является ведущим технологическим процессом в машиностроении, обеспечивающим изготовление деталей требуемой геометрической точности и совокупности показателей качества, необходимых для работы детали в условиях эксплуатации. Вследствие широких и универсальных возможностей обработки резанием и на базе этого технологического направления созданы основные ключевые производства в машиностроении и других отраслях техники. Однако обработка резанием имеет существенный недостаток, так как процесс резания приводит к образованию значительных отходов производства в виде стружки. Это снижает экономические показатели производства и ограничивает применение способов резания.

Тенденция развития современных отраслей машиностроения направлена на уменьшение отходов производства, снижение непроизводительных затрат материалов, энергии и времени, поэтому обработка резанием постепенно вытесняется из сферы производства путем внедрения более прогрессивных методов, таких как, обработка давлением, порошковая металлургия, электрофизикохимические методы обработки, лучевые методы сварки и т.п. Тем не менее, метод обработки резанием является единственно возможным для изготовления высокоточных деталей машин и уникальных изделий для различных отраслей техники и других сфер деятельности общества.

^ 1. Роль отечественной науки в развитии технологии резания металлов

На большинстве машиностроительных заводов резание является преобладающим способом обработки металлов: до 40...60 % дета­лей машин получают в результате обработки заготовок на металло­режущих станках. Совершенствование технологии резания, модер­низация металлорежущего оборудования, разработка и внедрение новых методов резания металлов являются поэтому актуальными проблемами.

История возникновения металлообработки в России мало иссле­дована, однако известно, что уже в X в. русские мастера пользо­вались достаточно сложными приспособлениями при изготовлении оружия, предметов домашнего обихода и т. п.

Относительно быстрое и последовательное развитие металло­обработка в России получила в XVII—XVIII вв. в результате значительного развития производительных сил — объединения мел­ких производств, превращения их в ремесленные мастерские и далее в фабрики, оборудованные машинами. К этому времени отно­сится, например, изобретение в 1712 г. А. К. Нартовым механи­ческого суппорта к токарному станку. Будучи талантливым меха­ником, А. К. Нартов не только усовершенствовал токарный станок, но и создал ряд станков оригинальной конструкции (винторезный, зуборезный и др.). В 1714 г. на Тульском оружейном заводе М. А. Сидоров использовал станки своей конструкции для сверле­ния оружейных стволов. Работы А. К. Нартова и М. А. Сидорова с успехом были продолжены другими мастерами — механиками, в том числе И. И. Ползуновым и И. П. Кулибиным.

Совершенствование конструкций станков и инструментов создало предпосылки для разработки теории резания металлов.

Основоположником отечественных исследований в области про­цессов резания металлов является И. А. Тиме, впервые сформули­ровавший в 1867—1880 гг. основные законы резания, сделавший важные выводы о причинах вибрации при резании и т. д.

Работы И. А. Тиме были продолжены и дополнены П. А. Афа­насьевым, исследовавшим процесс стружкообразования с учетом сил трения между резцом и деталью, К. А. Зворыкиным и А. Н. Челюсткиным, которые в результате экспериментальных и теоре­тических изысканий получили основные расчетные зависимости, Я. Г. Усачевым, исследовавшим тепловые явления при резании и выявившим их влияние на стойкость инструмента, и др.

Теоретические разработки И. А. Тиме и его последователей получили дальнейшее развитие в трудах советских ученых: А. П. Соколовского, предложившего идею типизации технологических про­цессов и исследовавшего вопросы точности механической обра­ботки, В. М. Кована по теории расчета припусков на обработку, Г. А. Шаумяна по определению характеристик и режимов резания при обработке на автоматах и автоматических линиях и др. Были созданы предпосылки для развития учения о резании металлов и превращения его в науку, для установления основных законо­мерностей эффективных и экономичных процессов изготовления деталей машин.
^ 2. Основные понятия и определения

Обработка резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя материала в виде стружки для получения необходимой геометрической формы детали, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости ее поверхностей. При обработке инструмент и заготовку устанавливают в рабочих органах станка: в шпинделе, патроне, на столе, в револьверной головке и т.п. Для осуществления процесса резания необходимо наличие относительных движений заготовки и инструмента, которые выполняют рабочие органы станка. Движения рабочих органов подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные.

^ Движения резания – обеспечивают срезание слоя материала в процессе формообразующей обработки детали или изменение состояния поверхностного слоя заготовки в процессе отделочной обработки. К движениям резания относят главное движение и движения подач. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по характеру: вращательными, поступательными, возвратно-поступательными.

Главное движение определяет скорость отделения стружки и называется скорость резания. Скорость резания обозначается символом V.

Движения подачи определяют непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои материала заготовки. Движения подачи обозначают символом S.

При резании с поверхности заготовки срезается слой материала толщиной t.

Скорость резания –V, подача - S и глубина резания - t определяют параметры режима резания.

^ Установочные движения – обеспечивают взаимное положение инструмента и заготовки. Предшествуют движениям резания.

Вспомогательные движения – не связаны непосредственно с процессом срезания слоя материала. Вспомогательные движения: транспортирование заготовки, закрепление заготовки и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка и др.

Методы обработки резанием можно подразделить по направлениям.

  1. По назначению: формообразующие и отделочные.

  2. По характеру режущего инструмента: лезвийные и абразивные.

  3. По виду выполняемой операции: точение, сверление, шлифование, фрезерование, зубообработка, строгание, протягивание и др.

Формообразующие методы предназначены для изготовления деталей заданной формы и заданного уровня показателей точности.

Отделочные методы предназначены для обеспечения заданного уровня качества поверхности и поверхностного слоя при сохранении уровня точности, достигнутого при формообразующих методах обработки.

Лезвийные методы характеризуются использованием лезвийного режущего инструмента. Лезвийным инструментом называют такой, геометрия режущей части и режущие свойства которого регламентируются условиями технологического процесса и могут быть воспроизведены при переточке инструмента. Лезвийный инструмент, применяемый для обработки резанием подразделяют на однолезвийный и многолезвийный. Пример однолезвийного – токарный резец. Пример многолезвийного – фреза.

Абразивные методы характеризуются использованием абразивного режущего инструмента.

Абразивный инструмент имеет статистические характеристики геометрии и режущих свойств множества режущих лезвий. Путем переточки могут быть воспроизведены режущие свойства и основные элементы формы.

^ 3. Способы обработки металлов резанием и элементы режима резания

В процессе обработки исходная заготовка и режущий инстру­мент получают рабочее движение от механизмов металлорежущих станков и перемещаются относительно друг друга. Для осуществле­ния обработки резанием необходимо сочетание двух видов движе­ния: главного движения резания и движения подачи.

^ Главное движение резания — прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью v в процессе резания. Дви­жение подачи — прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость v.; кото­рого меньше скорости главного движения резания, предназначен­ное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обработанную поверхность. В зависимости от направления дви­жения подачи различают продольное, поперечное и другие движе­ния подачи.

Наиболее распространенными способами обработки металлов резанием являются точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифование (на рис.8.1 стрелками указаны направления глав­ного движения резания и движения подачи).

При точении (рис.8.1, а) заготовке сообщается главное дви­жение резания, а инструменту — движение подачи; при сверлении (рис.8.1,6) оба движения, как правило, сообщаются сверлу; при фрезеровании (рис.8.1,в) главное движение резания осуществляет фреза, а движение подачи — заготовка; при строгании на попе­речно-строгальных станках (рис.8.1, г) главное движение резания совершает резец, движение подачи — заготовка, а на продольно-строгальных станках наоборот; при шлифовании (рис.8.1,д) главное



Рис.8.1. Способы обработки металлов резанием

движение резания осуществляет шлифовальный круг. Продольная подача при плоском шлифовании сообщается обычно заготовке, а поперечная — заготовке или шлифовальному кругу.

В общем случае процесс резания характеризуется элементами режима резания: скоростями главного движения резания и движе­ния подачи; подачей; толщиной, шириной, а также площадью сре­заемого слоя; машинным и штучным временем.

^ Скорость главного движения резания,V — скорость рассматрива­емой точки режущей кромки или заготовки в главном движении ре­зания:

(8.1)

где v — скорость главного движения резания, м/мин; D — диа­метр поверхности обрабатываемой заготовки, мм; n — частота вра­щения заготовки, об/мин.

^ Скорость движения подачи — скорость рассматриваемой точки режущей кромки в движении подачи.

Подача S — отношение расстояния, пройденного рассматривае­мой точкой режущей кромки или заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу циклов или определенных долей цикла другого движения во время резания или к числу определенных долей цикла этого другого движения.

Под циклом движения понимают полный оборот, ход или двой­ной ход режущего инструмента или заготовки. Долей цикла являет­ся часть оборота, соответствующая угловому шагу зубьев режуще­го инструмента. Под ходом понимают движение в одну сторону при возвратно-поступательном движении.

Различают: подачу на оборот s0, на зуб sг, на ход SХ, на двойной ход S, минутнуюsм.

^ Толщина срезаемого слоя а — длина нормали к поверхности резания, прове­денной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя.

^ Ширина срезаемого слоя b - длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания. При наружном и внутреннем точении с про­дольной подачей , где D1, D2 — диаметр отверстия или вала соответственно до и после обработки. Площадь f среза (площадь сечения срезаемого слоя) f= аb.

Время, затрачиваемое непосредственно на процесс отделения стружки, называют основным технологическим: (8.2)

где L — путь, проходимый резцом в направлении подачи, мм; i-число проходов резца на данной операции; h. — припуск на обра­ботку, мм.

По основному технологическому времени рассчитываются нор­мы выработки на данном виде оборудования.

^ 4 Режущий инструмент

Обработку металлов резанием производят на металлорежущих станках при помощи режущего инструмента, который подразделя­ется на две группы: однолезвийный (например, резцы) и многолез­вийный с двумя и более режущими кромками (сверла, зенкеры, развертки и др.).

Инструменты, изготовленные из абразивных материалов (на­пример, шлифовальные круги), обеспечивают высокую точность обработки и относятся к многолезвийным, т. е. имеющим множест­во острых режущих кромок.

Производительность всякого режущего инструмента в основном зависит от материала, из которого он изготовлен, способности про­должительное время сохранять режущие свойства. Следовательно, инструментальные материалы должны иметь такие свойства, как красностойкость, теплопроводность, износостойкость, высокое сопротивление изгибу и удару, а также твердость. Для изготовления резцов и других режущих инструментов применяются углеродистые инструментальные стали У11А и У13А, легированные инструмен­тальные стали Р10К5Ф5, 9ХС, Х12Ф1, быстрорежущие стали Р9, Р6М5, Р18, Р18Ф2, металлокерамические твердые сплавы ВК8, ВКЮ, Т5КЮ, ТЗОК.4, а также естественные и синтетические алмазы, кубический нитрид бора — боразон, эльбор и др. Последние харак­теризуются высокими модулем упругости, теплопроводностью (в 2,5...9 раз большей, чем твердые сплавы). Инструменты из них имеют наилучшую износостойкость. Известен случай, когда алмаз­ный резец до полного использования затачивался 105 раз, прос­лужив в общей сложности 16 лет.

Область применения алмазного инструмента весьма обширна: шлифование, заточка и доводка твердосплавных режущих инстру­ментов и штампов; правка шлифовальных кругов алмазно-метал­лическими карандашами и алмазов в оправке; разрезание высоко­прочных материалов алмазными дисками и пилами и др.

Толщина срезаемого слоя и качество обработанной поверхности при использовании абразивного инструмента зависят, в частности, от зернистости материала инструмента, т. е. степени измельчения его зерен, а также физико-механических свойств как самих зерен, так и цементирующей их связки.

В нашей стране абразивные инструменты изготовляют с элект­рокорундовыми зернами, с белым электрокорундом, с карбидом кремния, а также с синтетическими алмазными зернами (СА) и ку­бическим нитридом бора (КНБ).

В качестве цементирующих веществ при изготовлении абразив­ных инструментов применяются неорганическая (керамическая, силикатная, магнезиальная), органическая (бакелитовая, глифта-левая, вулканитовая) и различные металлические связки.

По ДСТУ 18118—95 для абразивных инструментов установлена шкала твердости, выраженной обобщенными характеристиками: мягкий инструмент (М1, М2, МЗ), среднемягкий (СМ1, СМ2), средний (С1, С2), среднетвердый (СТ1, СТ2, СТЗ), твердый (Т1, Т2), весьма твердый (ВТ1, ВТ2) и чрезвычайно твердый (ЧТ1, ЧТ2).

Алмазный абразивный круг — это металлический (часто алюми­ниевый) или пластмассовый корпус с нанесенным алмазным слоем толщиной 1,5...3 мм с металлической или бакелитовой связкой и содержанием алмазных зерен обычно 50% (реже 25 и 100%).

Основные характеристики абразивного инструмента указывают­ся в марке на его поверхности. Например, ЧАЗ Э9А40СМ2К6 ППЗООх20х127 35 м/с означает: ЧАЗ — завод-изготовитель; Э9А — эльбор повышенного качества, используемый в качестве абразива; 40 — номер зернистости; СМ2 — твердость инструмен­та; Кб — содержание эльбора 60%. Дальше обозначены форма круга (ПП — плоский прямого профиля); размеры круга в милли­метрах (наружный диаметр, толщина, диаметр посадочного отвер­стия) и допустимая скорость вращения.

^ 4.1 Геометрические параметры режущих инструментов

Рассмотрим геометрию режущего инструмента на примере токарного резца (наиболее простой вид режущего инструмента). Токарные резцы имеют обычно вид стержней прямоугольного сече­ния с режущей частью, имеющей сложную геометрическую форму (рис.8.2).

Рис.8.2 Схема токарного резца




Рис.8.3. Геометрические параметры резца

Резец состоит из рабочей А и крепежной Б частей. Рабочая часть включает лезвия и выглаживатели (при их наличии). Крепеж­ная часть служит для установки и крепления инструмента в техно­логическом оборудовании или приспособлении.

Лезвие — клинообразный эле­мент для проникновения в материал заготовки и отделения слоя материала - имеет переднюю поверхность 6 лезвия, контактирую­щую в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой, заднюю главную 2 и заднюю вспомогательную 3 поверхности лезвия, кон­тактирующие в процессе резания с поверхностями обрабатываемой заготовки.

Пересечением передней и задней главной поверхностей лезвия образуется главная режущая кромка / резца; пересечением перед­ней и задней вспомогательной поверхностей лезвия вспомога­тельная режущая кромка 5. Пересечение главной и вспомогатель­ной режущих кромок образует вершину 4 лезвия. Основная рабо­та — резание — выполняется главной режущей кромкой.

Для определения углов резца в качестве исходных принимают три координатные плоскости (рис.8.3): плоскость резания 1— 1, основную плоскость 22 и главную секущую плоскость 33. Первая из них является касательной к поверхности резания и про­ходит через главную режущую кромку резца перпендикулярно основной плоскости; вторая проходит через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного или результирующего движения резания в этой точке; третья плоскость перпендикулярна линии пересечения основной плоскости и плоскости резания.

Основная плоскость резания и главная секущая плоскости сос­тавляют систему координат, в которой определяются углы режущей части инструмента.

Различают главные и вспомогательные углы резца. Главные углы α, β, γ, δ измеряются в главной секущей плоскости, перпенди­кулярной к проекции главной режущей кромки на основную плос­кость; вспомогательные углы α1, β1, γ1, δ1 — во вспомогательной секущей плоскости 44, перпендикулярной к проекции вспомога­тельной режущей кромки на основную плоскость.

Передний угол γ — угол между передней поверхностью лезвия и основной плоскостью. Он может быть как положительным, так и отрицательным (от -10° до +30°).

Задний угол α между задней поверхностью лезвия и плоскостью резания обеспечивает уменьшение работы трения на задней поверх­ности резца. В зависимости от условий работы резца угол α состав­ляет 4...15°.

Угол заострения β — угол между передней и задней поверх­ностями лезвия; угол резания δ — между передней поверхностью резца и плоскостью резания (δ = α + β). Различают также главный угол φ в плане, вспомогательный угол φ1 в плане, угол ε при верши­не резца, угол λ наклона главной режущей кромки. Последний обеспечивает отвод стружки в определенном направлении и обычно составляет от -5° до +15°.

Изменяя геометрические параметры лезвия, можно управлять процессом резания, т. е. внедрением режущей части инструмента в обрабатываемый материал, при котором образуется упруго- и пластически деформированный его объем — зона опережающей деформации или зона стружкообразования.

При затормаживании схода стружки под действием сил трения на передней поверхности резца длина ее уменьшается, а площадь поперечного сечения увеличивается (происходит усадка стружки, увеличивающаяся с ростом угла резания δ).

При очень малых углах α может происходить трение обрабаты­ваемого материала о заднюю поверхность резца, что сопровождает­ся повышенными нагревом, изнашиванием резца и увеличением усилий, затрачиваемых на отделение стружки.

С увеличением угла заострения резца β повышается стойкость режущего инструмента, но в то же время увеличиваются силы резания.

При обработке резанием деформация распространяется за пре­делы поверхности резания в глубь металла, в результате происходит упрочнение (наклеп) металла, в нем появляются остаточные напря­жения. Глубина упрочненного слоя и значения остаточных на­пряжений зависят от свойств металла, режимов резания и геометрии инструмента.

В процессе резания пластичных материалов происходит образо­вание нароста на передней поверхности резца у его режущей кромки за счет застойных накоплений деформированных частиц обраба­тываемого металла, которые в условиях высоких давлений и темпе­ратуры привариваются друг к другу. Твердость нароста в 2...3 раза больше твердости обрабатываемого металла, он может резать ме­талл, защищая режущую кромку инструмента от истирания. Нарост обусловливает изменение геометрии режущей части инструмента (уменьшается угол резания), а следовательно, и процессов внедре­ния резца в металл и деформирования срезаемого слоя. Поэтому при чистовой обработке образование нароста нежелательно. Интенсивное образование нароста происходит при скоростях резания 0,16...0,5 м/с.

^ 4.2 Стойкость режущих инструментов

Надежность режущего инструмента определяется его стой­костью, т. е. способностью сохранять режущую кромку достаточно острой в течение определенного времени работы. Затупление резца происходит в результате молекулярно-термических процессов и ме­ханического изнашивания его граней и режущей кромки. Скорость изнашивания режущего клина (лезвия) в значительной степени зависит от количества теплоты, выделяющейся при резании за счет работы, затрачиваемой на деформацию срезаемого слоя, трение стужки о переднюю поверхность резца и трение задней главной его поверхности о поверхность резания. В результате в резец отводится 10... 40 % общего количества теплоты, выделяющейся в процессе резания, и температура лезвия может достигать 800... 1010 °С. Это обусловливает ускорение изнашивания режущего инструмента — истирания и удаления микрочастиц с его поверх­ности и образования микросколов (выкрашивания) режущей кром­ки. Сопротивление изнашиванию — важнейшая характеристика инструмента.

Процесс изнашивания режущего инструмента протекает весьма разнообразно в зависимости от условий его работы: свойств обра­батываемого материала, геометрии и материала инструмента, ско­рости главного движения резания, толщины среза, смазочно-охлаждающей среды. Однако главным фактором, определяющим стойкость инструмента, является скорость главного движения реза­ния. Обычно стойкость режущего инструмента характеризуется пе­риодом стойкости, под которым понимают время резания новым или восстановленным режущим инструментом (лезвием) от начала резания до отказа.

Между скоростью главного движения резания и периодом стой­кости (Т, мин) инструмента существует зависимость

где v — скорость главного движения резания, м/мин; С — коэф­фициент, зависящий от материала режущей части инструмента, обрабатываемого материала и режима резания; т — показатель относительной стойкости, зависящий от свойств обрабатываемого металла, материала режущей части резца и характера обработки (m = 0,1..0,5).

Так как значение показателя т невелико, то даже небольшое изменение v вызывает значительное увеличение или уменьшение периода стойкости инструмента. Практически период стойкости Т резцов из быстрорежущей стали и резцов, оснащенных твердыми сплавами и минералокерамикой, составляет соответственно 15... 60 мин, 45... 90, 30... 40 мин. Необходимо выбирать такую стойкость режущего инструмента, при которой достигалась бы наименьшая себестоимость обработки.

^ 5. Силы резания Сила резания, приложенная к передней поверхности резца, преодолевает сопротивление металла снятию стружки и зависит от ряда факторов: рода обрабатываемого материала, размера струж­ки, углов заточки резца, скорости резания и др.

Сила резания ^ Р может быть разложена на три взаимно пер­пендикулярные составляющие РX,, РY, РZ (рис. 4). Составляющая РX действует в направлении продольной подачи и называется осевой составляю­щей силы резания. Сила РY направлена по радиусу главного вращательного движения резания в вершине лезвия и называется радиальной составляющей силы резания. Направление силы РZ совпадает с направлением скорости глав­ного движения резания в вершине лезвия и называется главной составляющей силы резания.

Ее необходимо знать для расчета резца, деталей коробки скоростей и других сборочных единиц станка на прочность, а также для определения мощности и вращающего момента на шпинделе.





Рис.8.4 Схема сил резания при точении


По осевой составляющей силы реза­ния РX = (0,1...0,25)Рz рассчитывают, например, детали механизма подачи станка на прочность. Радиальная составляющая РY = (0,25...0,5) Рг.

Сила резания P рассчитывается по формуле,

Главная составляющая силы резания РZ создает на обрабаты­ваемой детали момент сопротивления вращению Mc = Pz D / 2,

Мощность, затрачиваемая в процессе резания,

Nе=РZV, (8.3)

а расчетная мощность электродвигателя станка

(8.4)

где η— КПД станка (для современных токарных и фрезерных станков η = 0,75... 0,9, сверлильных — 0, 85. ..0,9, шлифовальных — 0,8. ..0,95).

^ 6. Основы выбора оптимальных режимов резания

Оптимальный режим резания характеризуется таким сочета­нием отдельных его элементов, которое обеспечивает качественное выполнение данной операции с наименьшими затратами труда. Следовательно, оптимальным является такой режим, который обес­печивает наименьшую себестоимость обработки при условии удов­летворения всех требований к качеству продукции.

Важнейшим фактором, обусловливающим снижение себестоимо­сти изготовления деталей, является повышение производительности металлорежущего оборудования, т. е. обеспечение минимального машинного времени (Tм, мин) при обработке деталей.

С учетом формул (8.1) и (8.2)



При точении одних и тех же деталей величина LπD/1000 остается постоянной. Обозначив ее буквой С, получим



Отсюда видно, что наименьшее машинное время при точении может достигаться при наибольшем значении произведения vS0t.

Последовательность выбора v, S0,, а определяется их влиянием на стойкость резца. Аналитически найдено, что стойкость резца зависит от глубины резания в меньшей степени, чем от подачи; с повышением скорости резания стойкость резца снижается наибо­лее интенсивно. Поэтому для определения рационального режима резания при заданной стойкости инструмента необходимо вначале выбирать максимально допустимую глубину резания, затем уста­навливать максимальную технологически допустимую подачу, а по выбранным глубине резания и подаче определять скорость резания.

Глубина резания определяется припуском на обработку. Из формулы машинного времени видно, что наименьшим оно будет в случае, когда весь припуск снимается за один проход резца. Хотя современные методы изготовления заготовок предусматри­вают минимальные припуски на механическую обработку, однако чаще ее приходится производить в два прохода — черновой и чисто­вой. В этом случае весь припуск h делят на предварительный hпр и чистовой hЧ, причем hпр = 0,85h.

Максимальную технологически допустимую подачу определяют с учетом установленной глубины резания и требований к обрабо­танным поверхностям, прочности и жесткости механизма подачи станка, способа крепления резца и других ограничивающих факторов.

Скорость резания при точении зависит от качества обрабаты­ваемого и инструментального материалов, стойкости режущего инструмента, геометрических параметров режущей части резца, способа охлаждения зоны резания и других факторов. Скорость резания (v, м/мин) определяют по эмпирической формуле



где Су — коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала, кинематические элементы и характеристики резания, условия обработки; х„, у„ — показатели степеней, зависящие от условий обработки; kv— поправочный коэффициент.

Значения kv, yv, xv приводятся в нормативных материалах. По рассчитанной скорости резания определяется необходимая частота вращения заготовки п и подбирается по паспорту станка частота вращения шпинделя.

После выбора толщины среза и скорости главного движения резания рассчитывают мощность, затрачиваемую в процессе реза­ния, по формуле (8.3).

^ 7. Элементы технологического процесса

обработки металлов резанием

и пути повышения его эффективности

Технологический процесс механической обработки — это часть производственного процесса, связанная с последовательным изме­нением размеров и формы заготовки до превращения ее в готовую деталь. Этот процесс состоит из ряда операций, которые могут выполняться при одной или нескольких установках детали.

Часть технологического процесса по обработке одной или не­скольких деталей, выполняемого на одном рабочем месте непре­рывно до перехода к обработке следующей детали, называется операцией, а часть операции, выполняемой при одном закреплении детали,— установкой. Каждое из отдельных положений закреплен­ной детали относительно станка и режущего инструмента называ­ется позицией. Технологическая операция механической обработки выполняется за один или несколько переходов, под которыми пони­мают часть операции, выполняемой на одной обрабатываемой поверхности одним и тем же режущим инструментом при данном режиме резания (например, обточка цилиндра — один переход, подрезка торца — другой и т. д.).

Различают последовательное и параллельное выполнение пере­ходов и операций технологического процесса.

Организация работы по последовательной схеме присуща се­рийному производству. Параллельная схема технологического про­цесса обеспечивает более высокую производительность, так как обработка деталей осуществляется с одновременным выполнением ряда переходов в одной операции на многорезцовых и многошпин­дельных станках, применение которых целесообразно при значи­тельных программах выпуска изделий.

Технологический процесс механической обработки зависит от ряда факторов: формы и размеров детали, требуемой точности обработки; вида заготовок и способа их получения, программы выпуска деталей, наличного парка оборудования и др. Во всех случаях следует стремиться к нахождению оптимального варианта технологического процесса, обеспечивающего наибольшую про­изводительность при наименьшей себестоимости обработки.

При механической обработке резанием вначале проводят чер­новую или обдирочную обработку, затем чистовую и в заключение - отделочную обработку, обеспечивающую нужную точность и сте­пень шероховатости поверхности детали.

Повышение производительности при механической обработке резанием может быть достигнуто совершенствованием конструкции типовых металлорежущих станков, режущего инструмента и при­способлений, а также технологического процесса обработки на ти­повых металлорежущих станках. Кроме того, решение указанной задачи связано с совершенствованием систем управления метал­лорежущими станками, повышением степени механизации и авто­матизации процесса, улучшением организации работ, применением новых видов оборудования и способов обработки металлов.

Совершенствование режущего инструмента достигается как за счет использования новых материалов (твердых сплавов, металло-керамических) и обеспечения оптимальных его форм, так и созда­ния комбинированного инструмента и инструмента для ступенчатой обработки. Режущие инструменты из быстрорежущей стали рабо­тают при скоростях резания в 2...4 раза больших, чем инстру­менты из углеродистой стали. При оснащении инструментов пла­стинками из твердых сплавов скорость резания может быть увели­чена еще в 3...5 раз. Износостойкость минералокерамического инструмента в 2...3 раза больше, чем инструмента из твердых сплавов. При работе инструментом со ступенчатым лезвием удель­ный расход мощности в 1,9 раза меньше, а производительность процесса в 2 раза больше, чем при обычном лезвии.

При совмещении операций (черновой и чистовой обработки одной поверхности) или видов обработки резанием (сверления и зенкерования с развертыванием, резьбонарезанием, фрезерованием и др.), выполняемых комбинированным инструментом на одной рабочей позиции станка, производительность процесса значительно выше, чем при последовательной обработке несколькими типовыми инструментами.

Совершенствование технологического процесса механической обработки на типовых металлорежущих станках может быть до­стигнуто за счет правильного выбора станка, режущего, меритель­ного инструмента и приспособлений; применения интенсивных ре­жимов резания; улучшения конструкции режущего инструмента; модернизации станков и усовершенствования приспособлений; одновременной обработки несколькими инструментами; увеличения числа одновременно обрабатываемых деталей и др.

Улучшение использова­ния станков и повышение их производительности может быть достигнуто за счет сокращения затрат рабочего времени по основ­ным элементам, составляющим штучное время.

Сокращение машинного времени обработки обеспечивается по­вышением характеристик режимов резания, применением высоко­производительных инструментов и новых прогрессивных инстру­ментальных материалов, повышением технологичности деталей, уменьшением припусков на обработку, модернизацией приводов станков и т. п.

Уменьшение вспомогательного времени достигается за счет применения быстродействующих приспособлений для зажима заго­товок и систем управления станком, автоматизации процесса за­грузки и выгрузки деталей, подвода и отвода инструментов, изме­рений деталей и т. п.

Эффективный путь автоматизации единичного и серийного про­изводства — внедрение гибких производственных систем (ГПС) на базе гибких автоматизированных модулей. При внедрении ГПС улучшаются условия труда; снижается возможность появления брака в результате нарушения технологического режима; повыша­ется загрузка оборудования за счет трехсменного режима работы; улучшается управление, в частности производственно-оперативное планирование.

^ 8. Классификация металлорежущих станков

Машины, предназначенные для обработки резанием металлов, сплавов и других материалов, называются металлорежущими стан­ками. Развитие всей машиностроительной промышленности в зна­чительной степени зависит от уровня станкостроения.

Металлорежущие станки в зависимости от вида обработки де­лят на девять групп (табл.8.1), а каждую группу — на десять типов (подгрупп) в зависимости от назначения станков, их ком­поновки, степени автоматизации или вида применяемого инстру­мента.

Обозначение модели станка состоит из сочетания 3—4 цифр и букв. Первая цифра обозначает номер группы, вторая — номер подгруппы (тип станка), а последние одна или две цифры -наиболее характерные технологические параметры станка (наи­больший диаметр обрабатываемой детали, высоту центров, наи­больший диаметр сверления и т. п.). Например, 1Е116 означает токарно-револьверный одношпиндельный автомат с наибольшим диаметром обрабатываемого прутка 16 мм; 2Н125 — вертикально-сверлильный станок с наибольшим условным диаметром сверле­ния 25мм. Буква, стоящая после первой цифры, указывает испол­нение и модернизацию основной базовой модели станка.

Буква в конце группы цифр означает модификацию базовой модели, класс точности станка или его особенности. Классы точности станков: Н — нормальной, П — повышенной; В — высокой, А — особо вы­сокой точности и С — особо точные станки. Напри­мер, 16Д20П означает токарно-винторезный станок повышенной точности; 6Р13К-1 —вертикально-фрезерный консольный станок с копировальным устройством; 2Р135Ф2 — вертикально-сверлиль­ный станок с револьверной головкой, крестовым столом и с позиционной системой числового программного управления (Ф2) для сверления отверстий с наибольшим условным диа­метром 35 мм; 16К20ФЗ — токарный станок с высотой центров 20 см и контурной системой числового программного управле­ния (ФЗ).

Станки подразделяются на широкоуниверсальные, универсаль­ные (общего назначения), специализированные и специальные. Специальные и специализированные станки обозначают буквенным индексом (из одной или двух букв), присвоенным каждому заводу, с номером модели станка. Например, мод. МШ-245 - рейкошли-фовальный полуавтомат повышенной точности Московского завода шлифовальных станков.

Крупногабаритные станки (массой свыше 10000 кг) относят к группе тяжелых станков. В отдельных случаях для классифи­кации станков используют такие признаки, как количество одновре­менно работающих инструментов и позиций, расположение оси шпинделя в пространстве и др.

В соответствии с видами выполняемых операций созданы металлорежущие станки, признаки классификация которых следующие:

1. Технологический метод обработки. 2. Назначение.

3. Степень автоматизации. 4. Число главных рабочих органов.

5. Особенности конструкции. 6. Точность изготовления.

7. Масса и другие характеристики.

В соответствии с этим порядком признаков в обозначении модели станка указаны группы цифр и букв.

Группы цифр и букв в модели станка последовательно обозначают:

  1. Токарные, сверлильные, шлифовальные, электрофизикохимические, зубо- и резьбообрабатывающие, фрезерные, строгальные и долбежные, разрезные, разные.

  2. Универсальные, широкого применения, специализированные, специальные.

  3. Ручное управление, полуавтоматы, автоматы, станки с ЧПУ.

  4. Одношпиндельные, многошпиндельные, односуппортные, многосуппортные.

  5. Вертикальные, горизонтальные.

  6. Установлено 5 классов точности: Н – нормальная, П – повышенная, В – высокая, А – особо высокая, С – особо точная.

Все станки подразделяют на 10 групп в соответствии с первым признаком. Группа в свою очередь подразделяется на 10 типов, тип – на 10 типоразмеров. Резервные группы 0 и 4 отведены электроэрозионным, электрохимическим и другим новым методам обработки материалов.

Табл.8.1. Классификация металлорежущих станков

Станки

Тип станков

группа


0 1

2

3

4

5

6

7

8




Токарные

1

Автоматы и полуавтоматы специа- одно- много-лизиро- щпин- шпин-ванные дельные дельные

Токарно-револь-верные

Токарно-револь-верные полуавто­маты

Карусель­ные

Токар­ные и лобо-

токарные

Много­резцовые

и

копиро­вальные

Специа­лизиро­ванные

Разные токарные

Сверлильные

расточ­ные

2

Настол-

но и

вертик.

сверл.

Полуавтоматы

одно- много-

шпин- шпин­дель

ные дельные

Коорди-натно-расточные

Радиаль-но- и

координат-

носвер-

лильные

Расточ­ные

Отделоч­но-расточ­ные

Горизон-тально-

свер-лильные

Разные свер­лильные

Шлифовальные,

полироваль­ные,

дово­дочные,

за­точные

3

_ Кругло.

шлиф.-

ные

Бесцентр.

шлиф.-

ные

Внутри-шлифо­вальные, коорди-натно-шлифо-вальные

Обдироч-но-шли-фоваль-ные

Специали­зирован­ные шли­фоваль­ные

Продоль-

но-шли-фоваль-

ные

Заточ­ные

Плоско-шлифо­вальные

Притироч­ные,

полироваль­ные, хонинго-вальные, доводоч-­ные

Разные станки, работаю­щие

аб­разив

ным

инстру­ментом

Электро

Физические

и электро­

химические

4

_ _

Свето-лучевые

_

Электро­химиче­ские

_

_

Электро­эрозион­ные, ульт­развуко­вые, про­шивочные

Анодно-механиче-ские

от­резные




Зубо- и

резьбообра-

батывающие

5

Резьбо- Зубодол-нарез- бежные

ные (для

ци­линдри

че­ских

ко­лес)

Зуборез­ные (для кониче­ских ко­лес)

Зубофре-зерные (для ци­линдриче­ских ко­лес и шлицевых валов)

Для на­резания червячных колес

Для

об­работки торцов зубьев

колес

Резьбо-фрезер-ные

Зубоотде-лочные, провероч­ные и об­катные

Зубо-и резьбо-шлифо-вальные

Разные зубо-и резьбо-обраба-

тываю-

щие

Фрезер­ные
6


Бара- Верти-банно- кально-фрезер- фрезерн ные консоль-

ные

Фрезер­ные не­прерывно­го дей­ствия

Продоль­ные одно­стоечные

Копиро­вальные и грави­ровальные

Верти-кально-фрезер-

ные бес-

консольн.

­

Про­дольные двух-стоеч-ные

Консоль-но-фре-зерные опера­ционные

Горизон-тально-фрезер-

ные

кон­сольн

Разные фрезер­

ные

Строгальные,

дол­бежные,

протяжные

7

Продольные

односто- двухсто-

ечные ечные


Попереч­но-стро­гальные

Долбеж­ные

Протяж-

­ные

гори­зонталь­-

ные

Протяжные _

вертикальные

для протягивания

внутрен- наруж-

него ного

Разные строгаль

­ные

Разрезные

8

Отрезные, работающие

резцом абразив- гладким

ным или

кругом насечным

диском

Правиль­но-отрез­ные

Ленточно-пильные

Отрез­ные с диско­вой пилой

Отрезные ножовоч

­ные

_

_

Разные

9

Трубо- и муфтооб-рабаты-вающие

Пилона-секатель-

ные

Правиль­но- и бес-центрово-обдирочные

_

Для

ис­пытания инстру­ментов

Дели­тельные машины

Баланси­ровочные

_

_

  1   2   3



Скачать файл (1425.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации