Виды обработки резанием, оборудование, оснастка

а б в Рис. 4.1. Схема процесса строгания: а – строгание; б – долбление; в - протягивание

а) б) в) г) Рис. 4.2. Токарная обработка а - обтачивание, б - подрезание торца, в - фасонное точение, г - растачивание

Известные виды обработки материалов резанием принято разделять на лезвийные и абразивные. К лезвийным видам относятся: строгание (долбление и протягивание) (рис. 4.2), точение (наружной, внутренней или торцовой поверхностей) (рис. 4.3), сверление (зенкерование, развертывание) (рис. 4.4), фрезерование (цилиндрической, торцовой, дисковой, концевой фрезами) (рис. 4.5) и некоторые другие.

На приведенных эскизах указаны элементы режимов резания - скорость резания Vм/мин либо частота вращения детали n (для точения, например (рис. 4.3а), скорость резания на диаметре D составляет V=pDn), подача S, глубина резания t.

Приведенный перечень видов обработки и соответствующих им названий операций является в некоторой степени условным.

а б в Рис. 4.3. Методы обработки отверстий: а – сверление; б – зенкерование; в - развертывание а б в г Рис. 4.4. Фрезерование: а – цилиндрическое; б – торцевое; в - концевой фрезой; г - дисковой фрезой

Например, токарная операция растачивание (рис.4.3г.) относится к методам обработки отверстий; при обработке деталей на универсальных токарных станках (при выполнении токарной операции) зачастую выполняют сверление отверстия инструментом, закрепленным в пиноли задней бабки. Разумеется, в этом случае возможно сверление, а также зенкерование, развертывание отверстия, расположенного на оси вращения заготовки.

Рис. 4.5. Схема процесса стружкообразования

Все перечисленные виды лезвийной обработки осуществляются инструментом, оснащенным лезвием, образованным пересечением граней, положение которых относительно вектора скорости относительного перемещения инструмента и заготовки может быть задано.

На рис. 4.6 показана схема процесса стружкообразования. Режущий клин, образованный передней (1) и задней (2) гранями и лезвием (3), перемещается со скоростью V. Передняя грань (1) образует угол g (передний угол) с перпендикуляром к плоскости, по которой происходит отделение срезаемого слоя (плоскости резания), задняя (2) - угол a (задний угол) с этой плоскостью. В зависимости от условий резания подбирают (затачивают) и устанавливают оптимальные значения углов g и a. В отличие от рассмотренной лезвийной обработки абразивная обработка характерна тем, что управлять положением граней (углами g и a) практически не представляется возможным. Абразивная обработка осуществляется зернами весьма твердых материалов, в том числе алмазов, причем, эти зерна либо не закреплены и входят в состав паст, суспензий (полирование, доводка), либо зафиксированы специальной связкой в круге, бруске и т.п. (рис.4.7).

Рис. 4.6. Схема абразивной обработки

Во всех случаях происходит срезание (царапание) сравнительно небольших слоев при неуправляемой и зачастую “неблагоприятной”, с точки зрения возникающих усилий, температур геометрии режущего клина: передний угол, как правило, является отрицательным, что вызывает существенно большую деформацию срезаемого слоя.

Некоторые наиболее распространенные виды абразивной обработки приведены на рис. 4.8.

а б в г д е ж з Рис. 4.7. Виды абразивной обработки: а - круглое наружное; б - круглое внутреннее; в – плоское; г – бесцентровое; д – хонингование; е – суперфиниширование; ж – полирование; з - доводка

При обработке высокоточных деталей (с отклонением формы 0,5...10мкм R_a до 0,008мкм) возникает необходимость применения финишной (отделочной) обработки поверхности.

Отделочные процессы абразивной обработки разделяются на размерные – с уменьшением отклонения формы и шероховатости поверхности (тонкое шлифование, хонингование, доводка) и безразмерные, которые применяют для снижения шероховатости (суперфиниширование, полирование).

Тонкое шлифование обеспечивает отклонения формы D£10мкм, R_a до 0,04мкм, характеризуется снятием малых припусков (0,04...0,08мм на диаметр), применением чистовых режимов резания и правки круга. Его не выделяют в отдельную операцию, а выполняют на заключительном этапе окончательной обработки за один установ детали.

Принципиальные отличия схем резания при доводке определяются методами подачи режущего инструмента. При хонинговании (D=5...10мкм, R_a до 0,02мкм) радиальная подача брусков осуществляется клиновым механизмом; в этих условиях радиальная сила Р_у зависит от формы обрабатываемой поверхности: на выступающих участках она возрастает и, соответственно, увеличивается съем металла. При суперфинишировании (R_a=0,008...1,25мкм) Р_у постоянна, т.к. радиальная подача осуществляется упругим поджимом бруска к обрабатываемой поверхности.

При полировании из-за эластичной связки каждое зерно как бы подпружинено и имеет возможность частично углубляться в связку. Степень углубления зерна на выступающих участках больше, поэтому больше сила и съем металла. Таким образом, полированием, как и суперфинишированием, достигается снижение шероховатости поверхности без изменения её профиля и геометрических параметров.

Доводка является окончательным методом обработки поверхностей, обеспечивающим высокое качество поверхности (R_z до 0,05...0,10мкм) и параметров отклонения формы (до 0,3мкм). Процесс доводки состоит в удалении абразивными зернами припуска при относительном перемещении детали и притира. Доводка сопровождается подачей в зону обработки абразивной суспензии или пасты, состоящей из абразива (20...40%) и керасино-масляной смеси с добавкой парафина, стеорина и т.д.

Перечисленные методы обработки резанием и требуемые для их реализации характерные рабочие движения исполнительных органов - вращательные, поступательные - предопределяют структуру технологического оборудования - металлорежущих станков. Традиционно принято в соответствии с технологическими методами обработки подразделять станки на следующие группы: токарные, сверлильные, шлифовальные, фрезерные, строгальные и т.д. Такое деление является условным, т.к. на токарном станке, например, возможно осуществлять сверление, а также, в принципе, фрезерование, строгание. В последнее время появились станки, специально ориентированные на реализацию нескольких методов, так называемые многооперационные, например, сверлильно-фрезерные, токарно-фрезерные и т.п.

Рассмотрим принципы построения металлорежущих станков.

Токарная обработка осуществляется на токарных станках, которые должны быть способны реализовать как минимум вращение заготовки и перемещение инструмента (резца) в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Естественно, каждое из перечисленных основных движений должно быть обеспечено приводом - совокупностью механизмов, передающих движение от электродвигателя к рабочим органам станка.

Рис. 4.8. Токарный станок: 1 - станина; 2 - шпиндельный блок; 3 - суппорт; 4 - задняя бабка; 5 - поперечная каретка; 6 – резцедержатель; 7 – пиноль

Рис. 4.9. Компоновочно-кинематичечская схема сверлильного станка 1 - основание, 2 - стойка, 3 - шпиндельный блок, 4 - стол

На рис. 4.9 представлена схема простейшего токарного станка. На станине 1 закреплен шпиндельный блок (передняя бабка) 2 и установлены с возможностью перемещения суппорт 3 и задняя бабка 4. На суппорте 3 установлена поперечная каретка 5, на которой смонтирован резцедержатель 6. Электродвигатель Д₁ через клиноременную передачу приводит в движение-вращение с требуемой частотой n шпиндель станка. Двигатель Д₂ через передачу винт-гайка обеспечивает перемещение суппорта в продольном (вдоль станины) направлении Sпр. Таким же приводом (на рисунке не показан) для подачи Sпп оснащена поперечная каретка 5. Задняя бабка 4 имеет возможность установочных перемещений; она оснащена выдвигающейся пинолью 7, в которую могут быть установлены задний центр либо сверло.

Закрепив в резцедержатель несколько (обычно не менее 3-4х) различного назначения резцов, например, проходной, подрезной, фасонный, возможно обрабатывать различные детали типа валов, втулок, фланцев, крышек и т.п.

Компоновочно - кинематическая схема сверлильного станка представлена на рис. 4.10. Основные движения: главное - вращение шпинделя с частотой n - осуществляется двигателем Д₁, движение подачи Sв - двигателем Д₂, например, через подачу “винт-гайка”. Установочные движения - для совмещения осей инструмента и будущего отверстия в заготовке - осуществляются с помощью механизмов продольной Sпр (от двигателя Д₃) и поперечной Sпп (от двигателя Д₄) подач стола.

Аналогичную компоновочно-кинематическую схему может иметь вертикально-фрезерный станок, только теперь уже в дополнение к вертикальной Sв продольная Sпр и поперечная Sпп подачи будут основными - рабочими, а не установочными, как у сверлильного станка.

Кроме металлорежущих станков для реализации процесса обработки требуется технологическая оснастка, включающая устройства, позволяющие закреплять обрабатываемую заготовку на столе или в шпинделе станка и обрабатывать ее. Как и металлорежущие станки, оснастка (приспособления) может быть универсальной, специализированной и специальной.

Примерами универсальной оснастки являются токарный трехкулачковый патрон, тисы, поворотный стол и т.д.