Принципы назначения основных геометрических параметров режущих инструментов

Лекция 9

Общие положения по выбору и расчету геометрических и конструктивных параметров режущих инструментов

Обработка резанием является и на многие годы останется основным технологически приемом изготовления точных деталей машин и механизмов. Трудоемкость механосборочного производства в большинстве отраслей машиностроения значительно превышает трудоемкость литейных, ковочных штамповочных процессов, взятых вместе. Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность и отличается исключительной точностью. Нужно также учитывать универсальность и гибкость обработки резанием, обеспечивающие ее преимущество перед другими методами формообразования, особенно в индивидуальном и мелкосерийном производствах.

Основная трудность, с которой сталкиваются при обработке резанием, это чрезмерно большие припуски, оставляемые на обработку, вследствие невысокой точности литых, кованных и штампованных заготовок. Это удорожает процесс механической обработки и усложняет дробление, уборку и транспортировку стружки. По мере совершенствования методов обработки без снятия стружки некоторые операции механической обработки отпадут, а трудозатраты на другие сократятся в связи с уменьшением припуска. Изменится и качественный состав операций; уменьшится объем простых высокопроизводительных обдирочных операций и увеличится объем сложных трудоемких финишных операций. Однако значительного сокращения объема обработки конструкционных материалов резанием ожидать нельзя, так как с каждым годом усложняются конструктивные формы деталей и возрастают требования к точности и качеству их изготовления.

Все большее применение находят труднообрабатываемые конструкционные материалы (высокопрочные, жаростойкие и жаропрочные стали сплавы), имеющие низкую обрабатываемость резанием, что также повышает трудозатраты при обработке. Совершенствование обработки металлов резанием невозможно без использования достижений науки о резании металлов, которая является базой для этой отрасли технологии машиностроения. При проектировании технологического процесса изготовления деталей необходимо оценить эффективность созданного процесса, показателями которой являются качество изготовляемых деталей, надежность функционирования процесса и его производительность и себестоимость.

Если не опираться на теоретические основы процесса резания металлов, то невозможно ни спроектировать научно обоснованный технологический процесс, ни дать оценку его эффективности. Производительность и себестоимость технологического процесса определяются временем, которое затрачивается на выполнение отдельных операций, и зависит от установленных на них режимов резания. Сознательное назначение режима резания невозможно без знания основных законов производительного резания, базирующихся на процессах, происходящих в зоне деформации и на контактных поверхностях инструмента. Качество выпускаемых деталей определяется точностью их геометрических форм и шероховатостью обработанной поверхности. При определенной жесткости детали макрогеометрические погрешности формы зависят от величины и направления сил, действующих в процессе обработки. Таким образом, при точностных расчетах, базирующихся на жесткости технологической системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь), нужно уметь определять силы резания и знать, от чего зависят их величины и направления действия. Погрешности формы детали, вызванные разогреванием детали и инструмента, можно рассчитать, зная температуру детали и инструмента, для чего необходимо иметь сведения о тепловых явлениях, сопутствующих превращению срезаемого слоя в стружку. Надежность функционирования технологического процесса определяется возможными отказами по точности обработки и стойкости инструмента. Анализ возникновения отказов и установление путей их устранения возможны на основании изучения характера изнашивания инструментов и статистической теории их стойкости.

Проектирование металлорежущих инструментов начинается с выбора геометрических параметров: переднего и заднего углов, углов в плане, угла наклона винтовой канавки и т. д. Оптимальные величины указанных углов, при которых период стойкости инструмента максимален, определяются физическими процессами, происходящими на контактных поверхностях инструмента, без знания которых невозможно дать научно обоснованных рекомендаций по установлению численной величины оптимальных углов. Для повышения долговечности инструмента большое значение имеет правильный выбор инструментального материала в зависимости от рода обрабатываемого материала и условий работы. Поскольку износостойкость, пластическая и хрупкая прочности инструмента зависят от особенностей контактирования пары — материал инструмента и обрабатываемый материал и величины и распределения контактных напряжений, то выбор материала инструмента производят на основании изученных закономерностей контактных процессов. Для установления критерия затупления при эксплуатации инструментов и величины допустимого износа необходимо знать физическую природу и количественные закономерности изнашивания.

При проектировании металлорежущих станков задают диапазоны изменения подачи, числа оборотов шпинделя и эффективную мощность станка. Выбор этих параметров производят на основе рациональных режимов резания при одноинструментной и многоинструментной обработке. Расчеты на прочность, жесткость и долговечность отдельных деталей и узлов станка, на виброустойчивость станка осуществляют, используя силовые и динамические закономерности процесса резания. Эти закономерности также нужны при проектировании адаптивных систем.

Применение в машиностроении новых труднообрабатываемых конструкционных материалов, повышение уровня автоматизации металлорежущих операций и создание самонастраивающихся систем, повышенные требования к точности и качеству обработки ставят перед наукой о резании металлов ряд проблем. Например, резание труднообрабатываемых материалов показало необходимость иного подхода к назначению режимов резания, чем традиционный. Резание пирофорных и ядовитых материалов предъявляет новые требования к выбору схемы обработки, режима резания, конструкции инструмента. Для обработки конструкционных материалов в космосе требуются новые методы, так как исключительно высокий вакуум разрушает окисные пленки и приводит к свариванию сверл, метчиков и других инструментов с деталью. При разработке самонастраивающихся систем и программного управления процессом резания на автоматических станках и линиях необходимо математическое описание влияния условий резания на основные характеристики процесса резания. Количество подобных проблем весьма велико. Важнейшей задачей теоретического плана является замена эмпирических формул для расчета сил и скоростей резания физическими формулами, использующими механические и теплофизические свойства обрабатываемого и инструментального материалов и характеристики процесса резания.

Лекция 10

Принцип работы и основные понятия о конструктивных элементах токарных резцов

Лекция 11