Обзор принципиальных кинематических схем обработки

Процесс обработки деталей резанием заключается во взаимодействии заготовки и инструмента, совершающих определённые движения в пространстве. Для того чтобы охарактеризовать различные методы обработки деталей, необходимо классифицировать их в соответствии с движениями, совершаемыми инструментом и заготовкой на станке, их скоростью, направлением в пространстве и т.п. Указанные параметры влияют на протекание процесса резания и формирование обработанной поверхности детали. Все принципиальные кинематические схемы резания, по которым осуществляется обработка резанием, основаны на сочетаниях прямолинейного поступательного и вращательного движений. Количество используемых в кинематической схеме резания движений различно. В зависимости от этого, кинематические схемы резания классифицируются по группам.

Первая группавключает одно прямолинейное движение. Одно движение даёт единственное сочетание. Но рассматриваемое движение может происходить в различных направлениях (вертикальном, горизонтальном или наклонном) и сообщаться либо заготовке, либо инструменту. В этом проявляется своеобразие схемы. Разнообразные варианты схемы требуются для проектирования различного оборудования, отличающегося друг от друга главным образом компоновкой отдельных узлов.

Вторая группавключает два прямолинейных движения, которые можно сообщить как инструменту, так и изделию. Результирующее обоих равномерных прямолинейных движений будет также равномерным и прямолинейным движением, направление которого в пространстве зависит от направления скоростей составляющих движений и их соотношения. Примером рассматриваемых схем служит разрезка металлов ленточными пилами и ножовками.

Третья группа,основанная на одном вращательном движении инструмента или заготовки, не имеет широкого практического применения. Она используется, например, при круговом протягивании сегментов на вращающемся столе.

Четвертая группавыражает сочетания из двух движений: прямолинейного и вращательного. Схемы четвёртой группы еще на заре развития техники нашли практическое применение. На них основаны такие широко распрост­раненные методы обработки, как точение, фрезерование, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы резцами, метчиками, плашками, гребёнками, протягивание винтовых пазов и др. Многообразие методов обработки в рассматриваемом случае достигается за счёт взаимной комбинации движений, сообщаемых инструменту или заготовке, изменения соотношения величин скоростей составляющих движений, и их взаимного расположения.

Таблица 14.1

Схемы формообразования поверхностей, основанные на сочетании двух равномерных движений прямолинейно-поступательного и вращательного

Класс схемы	Тип cxe-мы	Составляющие движения изделия и инструмента, учи-тываемые при профилировании	Сум-марное мгновенное движение	Представление относительного движения с помощью аксоидов	Эскиз взаимного расположения аксоидов	Аксоиды
инструмента	изделия
		Нет
I		Поступательное	Поступатель- нoe		--------	Прямая	Прямая
I		Вращательное	Враща-тельное		--------	Прямая	Прямая
I		Винтовое	Винтовое		--------	Прямая	Прямая
II		Вращательное и поступательное, скорость которого перпендикулярна оси вращения	Вра-ща-тельное	Качение цилиндра по плоскости		Плоскость	Цилиндр
Цилиндр	Плоскость
II		Два вращения вокруг параллельных осей (исключая пару вращений)	Вра-ща-тельное	Качение цилиндра по цилиндру		Цилиндр	Цилиндр
					Продолжение табл. 14.1
II		Два вращения вокруг пересекающихся осей (угол между осью мгновенного вращения и осью составляющих вращений - прямой)	Вра-ща-тельное	Качение конуса по плоскости		Конус	Плоскость
Плоскость	Конус
II		Два вращение вокруг пересекающихся осей	Вра-ща-тельное	Качение конуса по конусу		Конус	Конус
II		Пара вращений	Поступательное	Скольжение кольца по кольцу		Кольцо	Кольцо
III		Вращательное и поступательное, скорость которого направлена под углом к оси вращения	Винтовое	Качение со скольжением цилиндра по плоскости		Плоскость	Цилиндр
Цилиндр	Плоскость
III		Два вращения вокруг скрещивающихся осей (угол между одной из осей вращения и осью результирующихся винта прямой. Ось мгновенного винта и вторая ось вращения - пересекающиеся прямые)	Винтовое	Качение со скольжением конуса по плоскости		Конус	Плоскость
Плоскость	Конус
					Окончание табл. 14.1
III		Два вращения вокруг скрещивающихся осей	Винтовое	Качение со скольжением гиперболоида по гиперболоиду		Гиперболоид	Ги- пер- болоид

Пятая группаосновывается на сочетании двух вращательных движений. К схемам этой группы относятся такие методы обработки, как наружное протягивание тел вращения специальными протяжками, фрезерование тел вращения, зубофрезерование червячными фрезами червячных колёс и др.

Шестая группакинематических схем резания основана на двух прямолинейных и одном вращательном движении, седьмая группа - на двух вращательных и одном прямолинейном движении, восьмая группа - на трёх вращательных движениях. К этим группам, основанным на сочетании трёх движений, относятся такие методы обработки, как затылование режущих инструментов, фрезерование винтовых канавок, зубодолбление цилиндрических зубчатых колёс, нарезание конических зубчатых колёс резцовыми головками и др.

Возможно построение кинематических схем резания при сочетании четырех и большего количества движений. Однако подобные схемы требуют для своего осуществления сложного оборудования и используются сравнительно редко.

Кинематические схемы формообразования поверхностей деталей

К нулевому классуотносят те кинематические схемы формообразования, при которых исходная поверхность совпадает с поверхностью детали, например, процессы протягивания, нарезания резьб метчиками и т.п. В этом случае движение поверхности детали Д относительно инструмента сводится к ее перемещению «самой по себе», благодаря чему создается определенная скорость резания. Однако при определении исходной инструментальной поверхности это движение не учитывается.

К первому классуотнесены те кинематические схемы, при которых движение поверхности детали Д относительно инструмента будет прямолинейно поступательным, вращательным, или винтовым. Эти схемы характеризуются тем, что у них подвижный и неподвижный аксоиды совпадают друг с другом и преобразуются в прямую, которая является соответственно осью поступательного движения, либо вращательного, либо осью винтового движения.

Первый класс включает три типа кинематических схем формообразования. Первый тип схемы имеет прямолинейно-поступательное движение Д/И. К этой схеме формообразования относятся процессы протягивания наружных поверхностей вращения, точения фасонных поверхностей вращения тангенциальными фасонными резцами с прямолинейным движением подачи. Второй тип схем рассматриваемого класса соответствует вращательному движению Д/И. По этой схеме происходит фрезерование фасонных цилиндрических, винтовых поверхностей, поверхностей вращения дисковыми фрезами. Третий тип соответствует винтовому движению Д/И. Примером рассматриваемого типа схем является фрезерование червячными фрезами прямозубых зубчатых реек. Типы схем в первом классе расположены в таком порядке, когда предыдущая схема является частным случаем последующей. Так, например, схемы первого типа можно рассматривать, как частные случаи схем второго типа, поскольку поступательное движение можно рассматривать, как частный случай вращательного движения, при котором ось удалена в бесконечность.

Кинематические схемы формообразования считаются схемами второго класса, если исходное относительное движение Д/И будет мгновенным вращательным или мгновенным поступательным движением. Второй класс включает четыре типа кинематических схем формообразования, при которых аксоиды детали и инструмента обкатываются друг по другу без скольжения. Аксоидами могут быть цилиндр и плоскость, цилиндр и цилиндр, конус и плоскость, конус и конус. Примерами подобных схем формообразования могут служить процессы обработки зубчатых колес долбяками и гребенками и др. В этом случае, когда аксоиды имеют различную форму, возможны два варианта схем формообразования в зависимости от того, какой из аксоидов принят за аксоид инструмента, а какой - за аксоид детали. Например, если аксоидами будут цилиндр и плоскость, то за аксоид инструмента можно принять цилиндр, а за аксоид детали - плоскость. Это соответствует обработке зуборезной рейки долбяком. Если же аксоидом инструмента будет плоскость, ааксоидом детали - цилиндр, то это будет соответствовать обработке зубчатых колес гребенками.

Этот же класс включает схему формообразования, у которой относительное движение будет мгновенно-поступательным движением, являющимся результатом двух вращений вокруг параллельных осей с равными и одинаково направленными угловыми скоростями. У схем второго класса рассматриваемые относительные движения Д/И являются результирующими двух вращений вокруг параллельных или пересекающихся осей. При этом схема, соответствующая качению без скольжения цилиндра по плоскости, может рассматриваться как результат двух вращений вокруг параллельных осей. При этом поступательное движение можно считать предельным случаем вращения, а плоскость - цилиндром бесконечно большого радиуса.

Третий класскинематических схем формообразования характеризуется тем, что относительное движение Д/И является мгновенным винтовым движением. Третий класс включает три типа кинематических схем формообразования, при которых аксоиды обкатываются друг по другу со скольжением. Аксоидами могут быть цилиндр и плоскость, конус и плоскость, гиперболоид и гиперболоид. У схем третьего класса относительное мгновенное винтовое движение Д/И является результатом двух вращений вокруг скрещивающихся осей.

Схема формообразования, основанная на сочетании двух вращений вокруг скрещивающихся осей, относительное движение при которой может быть представлено как качение со скольжением гиперболоида по гиперболоиду, является наиболее общей.

Все ранее рассмотренные схемы являются частными случаями этой схемы, получаемыми при определенных частных положениях осей вращения и соответствующих величинах угловых скоростей. Примером рассматриваемого типа схем формообразования может служить фрезерование червячными фрезами цилиндрических зубчатых колес и других деталей.

Следует отметить, что, не нарушая характер соприкосновения поверхности детали Д и исходной инструментальной поверхности И, можно сообщить поверхностям Д и И движения скольжения «самих по себе». Движение исходной поверхности И «самой по себе» может быть вызвано стремлением обеспечить определенные режимные условия работы инструмента. Например, при зубодолблении на станках с параллельными осями детали и инструмента схема формообразования включает обкатку двух сопряженных колес, одно из которых соответствует долбяку, а другое - детали. Для достижения же определенной скорости резания инструменту сообщают возвратно-поступательное движение скольжения его исходной поверхности «самой по себе».

В случае, когда поверхности И и Д совпадают, обеспечивается полная обработка поверхности Д без дополнительных движений. Наиболее часто в рассматриваемом случае схем формообразования нулевого класса способность срезать материал придается исходной поверхности за счет скольжения «самой по себе». Это дополнительное движение должно приводить к скольжению характеристики Е по поверхности детали Д и ее полному образованию. Причем рассматриваемое дополнительное движение поверхности детали «самой по себе» относительно исходной поверхности И может быть осуществлено на станке как за счет движения заготовки, так и за счет обратного движения инструмента, либо за счет соответствующих движений инструмента и заготовки. Дополнительное движение может быть выбрано таким образом, что характеристика Е будет скользить «сама по себе». Подобное дополнительное движение не приведет к полному образованию поверхности детали и будет с рассматриваемой точки зрения бесполезным. Необходимость его введения вызывается другими соображениями, в частности стремлением ввести в соприкосновение с заготовкой новые неизношенные участки поверхности. Это имеет место, например, при диагональном фрезеровании зубчатых колес червячными фрезами, когда червячная фреза в процессе резания смещается вдоль собственной оси, благодаря чему в работу последовательно вступают новые зубья инструмента.

Зная относительные движения заготовки и инструмента в процессе обработки, т.е. зная кинематическую схему формообразования, необходимо решить следующие вопросы: как получить на станке эти относительные движения, какие движения необходимо сообщить непосредственно инструменту и какие движения сообщить заготовке. Решение этой задачи не является однозначным. Например, при строгании плоскостей можно заставить поступательно двигаться деталь, как это имеет место на продольно-строгальных станках, а можно это движение сообщить инструменту, как это имеет место на поперечно-строгальных станках, хотя в обоих случаях схема формообразования будет одной и той же.

Принципиальные кинематические схемы резания не тождественны принципиальным кинематическим схемам станка, они не включают движения холостых циклов.

а) Продольное точение б) Растачивание

в) Встречное цилиндрическое г) Попутное цилиндрическое

фрезерование фрезерование

д) Фрезерование уступа концевой е) Фрезерование паза цилиндрической

фрезой трехсторонней фрезой

ж) Сверление з) Рассверливание

и) Протягивание

Цилиндрическое фрезерование

к) с продольной подачей л) с поперечной подачей

м) Бесцентровое шлифование н) Внутреннее шлифование

Плоское шлифование

а) периферией круга п) торцом круга

р) Зубофрезерование модульной с) Зубодолбление

дисковой фрезой

т) Зубофрезерование червячной фрезой

Рис. 14.1. Кинематические схемы резания

Глава 15

Режимы резания