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 Ra 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, Ra 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, Ra до 0,02мкм) радиальная подача брусков осуществляется клиновым механизмом; в этих условиях радиальная сила Ру зависит от формы обрабатываемой поверхности: на выступающих участках она возрастает и, соответственно, увеличивается съем металла. При суперфинишировании (Ra=0,008...1,25мкм) Ру 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 (Rz 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.