Эффективность эксплуатации станков с ЧПУ во многом определяется их правильным технологическим использованием – рациональным построением технологического процесса и, в частности, выбором режимов резания, обеспечивающих увеличение надежности и производительности обработки.
Увеличение надежности обработки при использовании предельных глубины резания и подачи может быть достигнуто путем устранения технологических перегрузок, возникающих обычно в момент врезания и выхода инструмента из зоны резания. Система ЧПУ позволяет автоматически менять величину подачи на этих переходах цикла. Производительность и надежность повышают также путем рационального выбора скорости резания.
Опыт эксплуатации станков с ЧПУ показывает, что скорость резания следует выбирать с учетом особенностей автоматизированных технологических процессов. Рабочие ходы и переходы каждого инструмента осуществляют с различной глубиной резания, подачей и скоростью при различных направлениях перемещения. Каждый инструмент в течение периода стойкости обрабатывает различные поверхности деталей из одинаковых или различных материалов. Каждый рабочий ход выполняется на режимах, обеспечивающих более полное использование станка и инструмента. Инструменты используются в составе различных многоинструментальных наладок, причем меньшую часть инструментов заменяют при смене обрабатываемой детали, а большую – по мере затупления.
Указанные особенности технологического процесса существенно влияют на характер износа и выбор скорости резания.
В станках с ЧПУ, например токарных, режущие инструменты работают с различным направлением рабочей подачи и различными глубиной резания и подачей при обработке совокупности деталей, что сказывается на скорости нарастания износа, и тем самым на времени работы до допустимого износа.
В связи с высокой стоимостью станков с ЧПУ, использованием инструментов с предварительной настройкой на размер и быстросменной оснасткой периоды стойкости инструментов выбирают более низкими, чем это рекомендуется справочной литературой, а режимы обработки – выше.
Для выбора режимов резания на станках с ЧПУ используют специальные справочники – общемашиностроительные нормативы режимов резания, разработанные для различных видов режущих инструментов (концевых фрез, резцов с механическим креплением твердосплавных пластин и т. д.).

3.4.1. Выбор параметров режима резания при токарной обработке

Глубина резания на каждой из четырех стадий токарной обработки должна обеспечивать :
– снятие погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующей стадии обработки;
– компенсацию погрешностей, возникающих на выполняемой стадии обработки заготовки.
В связи с этим, если для обработки поверхности детали требуется несколько операций или переходов, общий припуск на обработку делится по глубинам резания для каждой из них. При этом необходимо вначале выбрать глубину резания, обеспечивающую окончательное получение размеров детали. Затем последовательно выбирают глубину резания для промежуточных операций обработки. Например, если деталь требует обработки по четырем переходам, выбирать сначала глубину резания для четвертого, затем глубину резания для третьего и второго переходов обработки. Сумма этих глубин определяет необходимый припуск для перехода от первого перехода обработки заготовки к четвертому. Оставшаяся часть от общего припуска на обработку должна быть снята на первом переходе (черновая обработка) как глубина резания.
Значения подач для каждой операции или перехода при наружном продольном точении и подрезании торцов выбирают в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра детали и глубины резания, выбранной на предыдущем этапе. Эти подачи регламентируются материалом режущей части инструмента и способом крепления режущей пластины. Кроме того, табличное значение подачи корректируется с учетом поправочных коэффициентов для каждой операции.
Значения подач при растачивании определяют в зависимости от обрабатываемого материала, глубины резания, выбранной на предыдущем этапе, сечения и вылета оправки или резца. Эти значения подач корректируются с учетом поправочных коэффициентов.
Выбранная подача для черновой и получистовой обработки проверяется по осевой и радиальной составляющим силы резания Рx и Рy, допустимым прочностью механизма подачи станка.
Если возникает необходимость в получении более высоких параметров шероховатости детали, то подача определяется по карте нормативов с учетом требуемой шероховатости и радиуса вершины резца. Выбранное значение подачи корректируется в зависимости от механических свойств обрабаты-ваемого материала, инструментального материала, вида обработки, применения СОЖ.
Сравнивая подачу соответствующей операции обработки с подачей по шероховатости, окончательно принимается меньшее из них значение.
Для обеспечения точности формы при контурной обработке фасонных поверхностей на станках с ЧПУ необходимо использовать поправочный коэффициент на подачу k, ввод которого обеспечивает сохранение одинаковой точности обработки на всех участках фасонной поверхности.
Подача при прорезании канавок и отрезании выбирается в зависимости от ширины режущей части резца и ограничивается применяемой маркой инструментального материала и типом конструкции резца. Кроме того, подача корректируется в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, способа крепления и длины заготовки, шероховатости обработанной поверхности, вида обработки.
Выбор подачи для обработки фасок зависит от способа их формирования. Если фаска обрабатывается путем перемещения резца в направлении одной координаты станка, то подача выбирается аналогично прорезанию канавок. Если фаска обрабатывается путем перемещения резца по двум координатам, то подача выбирается так же, как для контурной обработки.
Скорость резания при растачивании, точении наружных поверхностей и подрезании торцов выбирается для всей обработки в зависимости от глубины резания, подачи, обрабатываемого материала с учетом типа конструкции резца и марки инструментального материала. Кроме этого, скорость резания корректируется поправочными коэффициентами.
Скорость резания при прорезании канавок и отрезании выбирается по рекомендации и ограничивается маркой инструментального материала, а также способом крепления пластины. Скорость резания корректируется с учетом поправочных коэффициентов.
Режимы резания при растачивании, продольном наружном точении и подрезании торцов на черновой и получистовой обработки проверяются по мощности станка. Мощность станка выбирается из карты нормативов и корректируется в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Если выбранный режим обработки не допускается мощностью станка, то необходимо установленную по нормативам скорость резания понизить.
В общем случае при выборе подачи следует руководствоваться следующими соображениями: при черновой обработке следует стремиться выбирать максимально возможную подачу. Ограничениями при этом являются: мощность станка, жесткость системы СПИД, несущая способность выбранной режущей пластины с учетом геометрии передней поверхности. Экономически целесообразны при черновой обработке такие режимы, при которых большой удельный съем металла достигается за счет комбинации большой подачи и умеренной скорости резания.

3.4.2. Точение

Сущность токарной обработки состоит в формировании цилиндрической поверхности инструментом с одной режущей кромкой, при этом, как правило, происходит вращение заготовки и перемещение резца. Во многих отношениях этот традиционный метод металлообработки является относительно простым для понимания. С другой стороны этот широко распространенный процесс хорошо поддается оптимизации, путем тщательного изучения различных факторов, оказывающих на него влияние.
Процесс точения достаточно разнообразен по форме и материалам обрабатываемых деталей, типам операций, условиям обработки, требованиям, себестоимости и многим другим факторам.
Существует несколько основных типов токарных операций, в число которых входят резьбонарезание, обработка канавок, отрезка и растачивание, эффективное выполнение которых требует применения специально разработанного инструмента.
Точение можно отнести к числу самых простых операций по выбору типа инструмента, расчету режимов резания и программированию обработки.
Точение- это комбинация двух движений - вращения заготовки и перемещения инструмента. В некоторых случаях заготовка остается неподвижной, а инструмент вращается вокруг нее, но принцип остается тот же. Подача инструмента может быть направлена вдоль оси заготовки, что означает обработку диаметра заготовки(рис.3.12). В случае, когда инструмент перемещается в поперечном направлении к центру детали, происходит подрезка торца на определенную длину детали. Иногда подача является комбинацией этих двух перемещений, либо при резьбонарезании, либо при обработке криволинейных поверхностей, что сегодня легко осуществляется на станках с ЧПУ, имеющих огромные возможности программирования траектории перемещения инструмента.

Рис. 3.12. Точение и подрезка торца,как примеры осевого и радиального перемещений инструмента.

Оптимизация процесса точения происходит не только в направлении повышения скорости снятия металла, но и с целью повышения контролируемости процесса,что, в конечном итоге, сказывается на качестве обрабатываемых деталей и надежности всей работы. Отделение стружки от заготовки происходит в соответствии с выбранными параметрами резания, которые и определяют ее форму и размер.
При обработке металла резанием необходимо не только получить деталь определенной формы, размера и требуемого качества обработанной поверхности, но и обеспечить образование короткой, легко транспортируемой стружки(рис.3.13). Это особенно важно при высоких режимах обработки на современных станках с ЧПУ, когда в единицу времени образуется большой объем стружки и необходимо обеспечить безостановочную работу оборудования, безопасность оператора и не допустить повреждения обрабатываемой детали. Форма стружки может быть различной, в зависимости от обрабатываемого материала, и изменяется от длинной витой стружки, образующейся при резании вязких материалов до сыпучей стружки, образующейся от хрупких материалов.

Рис. 3.13. Форма стружки типичная для обработки: а)чистовой; б)черновой.

Отделение стружки перпендикулярно обрабатываемой поверхности происходит в том случае, когда направление подачи и ось вращения заготовки образует прямой угол с главной режущей кромкой. Этот несложный вид обработки, встречается только на некоторых операциях, таких как отрезка и врезание. Большинство операций точения происходит в условиях, когда главная режущая кромка расположена под определенным углом к направлению резания. Это изменение геометрических параметров влечет за собой изменение направления схода стружки. Чаще всего стружка имеет форму запятых или винтовых спиралей, в отличие от стружки, образующейся при отрезке и имеющей форму цилиндрической спирали.
На образование стружки большое влияние оказывают главный угол в плане и радиус при вершине инструмента. При уменьшении главного угла в плане толщина стружки уменьшается, а ее ширина растет. Направление схода стружки также изменяется, обычно в лучшую сторону, так как увеличивается шаг спирали. Форма и направление схода стружки также изменяются в зависимости от глубины резания и радиуса режущей кромки. При небольшом соотношении глубины резания и радиуса при вершине, в резании будет участвовать только радиусная часть пластины и будет образовываться спиралевидная стружка. Большая глубина резания уменьшит влияние радиуса при вершине и увеличит действие главного угла в плане на направления схода спиральной стружки. Величина подачи также влияет на ширину поперечного сечения стружки и на направление схода.
Квадратная в поперечном сечении стружка обычно свидетельствует о чрезмерной нагрузке на режущую кромку, а широкая стружка будет формироваться в нежелательные длинные ленты (рис.3.14). Когда завиток стружки становится меньше и утолщается, увеличивается длина контакта между стружкой и инструментом, с ростом давления и деформации. Чрезмерная толщина стружки оказывает негативное влияние на процесс обработки.

В случае, когда подача назначается выше допустимого значения, для которого разработана геометрия передней поверхности, стружка будет проходить над стружколомающей канавкой и упираться в выступы. В результате этого резание будет осуществляться негативной геометрией, вместо позитивной, с нестабильным стружкообразованием.
Рис. 3.14. Рабочая область применения пластины, определяемая сочетанием подачи и глубины резания, обеспечивающим удовлетворительное стружколомание.
Чистовые пластины, работающие областью, непосредственно приле-гающей к режущей кромке, будут иметь стружко-ломающую канавку и выступы, сконцентрированные у вершины пластины, а у черновых пластин элементы стружколомающей геометрии будут распределяться по большей части передней поверхности.
Некоторые пластины способны обеспечивать удовлетворительное стружкообразование в достаточно широком режимном диапазоне благодаря определенному сочетанию стружколомов, являющихся переходом от радиусной части пластины к широкой.
Способ стружколамания(рис. 3.15) частично зависит от геометрии пластины и инструмента и от режимов резания. Любой из видов стружколомания может приводить к нежелательным последствиям, но их можно избежать, выбрав соответствующие геометрию и режимные параметры. В случае самоломания стружки, при недостаточной стойкости инструмента рекомендуется использовать геометрию с более открытым стружколомом. Когда стружка ломается от соприкосновения с задней поверхностью инструмента, это может привести к повреждению сходящей стружкой режущей кромки на другой стороне пластины и необходимо выбрать пластину с другой геометрией передней поверхности (более прочной или с более открытым стружколомом). Альтернативным решением может быть изменение подачи.

Рис. 3.15. Способы стружколомания:
А- стружка ломается в процессе резания сама, например, при обработке чугуна;
В- стружка ломается от соприкосновения с инструментом;
С- стружка ломается при контакте с обрабатываемой деталью.

В случае облома стружки о деталь, при обработке с большой подачей может возникнуть недостаточное разлетание стружки и необходимо выбрать меньший главный угол в плане.

Материалы, дающие короткую стружку, нуждаются в небольшом стружколоме или могут обойтись без него, а для обработки вязких материалов просто необходима пластина со стружколомающей геометрией, для деформации стружки в процессе резания. В начальный момент резания, как правило, не происходит ломания стружки. Стружколом является по своей сути встроенным препятствием на пути схода стружки(рис. 16). В таком грубом виде он может оказывать негативное воздействие на процесс обработки.

Рис.3.16. Стружколомы и соответствующие им диаграммы стружколомания.

В процессе совершенствования геометрии сменных пластин появлялись различные формы стружколомов, сначала получаемые методом вышлифовывания, а позже форми¬руемые при прессовании и последующем спекании пластины. Современная сменная пластина представляет собой сложное сочетание углов, плоскостей и радиусов для обеспечения оптимального стружкоформирования в процессе резания.
Большинство пластин обеспечивают положительный передний угол при установке в державку с небольшим отрицательным углом, что облегчает формирование стружки и способствует позитивному процессу резания. Отрицательные фаски, имеющие разную длину, в зависимости от рабочей области геометрии, предназначены для упрочнения режущей кромки.
Контроль за стружкой - это один из важнейших факторов, особенно при точении и сверлении. При фрезеровании процесс резания прерывистый и стружка естественным образом разделяется на части. При сверлении и растачивании контроль за формированием стружки необходим из-за ограниченного пространства внутри обрабатываемого отверстия. В процессе высокопроиз водител ьного сверления необходимо обеспечить формирование стружки строго определенной формы для эффективного удаления ее из зоны резания, накопление стружки в которой, может привести к немедленной поломке инструмента.
Диаграмма удовлетворительного стружколомания для выбранной геометрии пластины (основанная на рекомендуемых значениях подач и глубин глубин резания) и инструментальный материал пластины определяют ее область применения (рис.3.17). Современный ассортимент пластин включает режущие геометрии, предназначенные для обработки большинства существующих материалов. Геометрии специализированы для чистовых, получистовых и черновых операций, а также для тяжелого чернового точения.

Рис. 3.17. Область удовлетворительного стружколомания типичная для черновой (а) и чистовой (б) пластин.

Таким образом, осуществление контроля за стружкообразованием происходит посредством комбинации геометрии пластины и режимов обработки.
Заготовка вращается на станке с определенной частотой вращения шпинделя (n), т.е. с определенным количеством оборотов в минуту. Частота вращения шпинделя прямо соотносится через диаметр обрабатываемой поверхности со скоростью резания Vc, измеряемой в м/мин (рис. 3.18). Это скорость, с которой режущая кромка движется по поверхности заготовки.

Рис.3.18. Основные параметры резания и элементы инструмента, определяющие операцию точение.

Скорость резания является постоянной величиной лишь до того момента, пока частота вращения шпинделя или обрабатываемый диаметр остаются неизменными. При подрезке торца, например, когда подача инструмента направлена к центру заготовки, скорость резания будет постепенно изменяться при постоянной частоте вращения шпинделя. На современных станках с ЧПУ для того, чтобы сохранить постоянную скорость резания, предусмотрена возможность соответственного изменения частоты вращения шпинделя. Но при обработке очень маленьких диаметров и при максимальном приближении к оси заготовки, это компенсация будет неосуществима, так как диапазон скоростей станка ограничен. В том случае, если заготовка имеет перепады диаметров, конусную или криволинейную поверхность, скорость резания необходимо назначать с учетом этих изменений.
Подача (fn) в мм/об - это линейное перемещение инструмента за один оборот детали. Подача оказывает большое влияние на качество обработанной поверхности, а также на процесс стружкообразования. Она определяет не только толщину стружки, но и ее форму, в соответствии с геометрией пластины.
Глубина резания (ap) - это половина разности между обрабатываемым диаметром и обработанным диаметром, выраженная в мм. Глубина резания всегда измеряется в направлении перпендикулярном направлению подачи инструмента.
Режущая кромка подходит к детали под определенным углом, который называется главный угол в плане (kr). Он измеряется между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи и является важной величиной, определяющей выбор токарного инструмента. Он влияет на формообразование стружки, на направление сил резания, на длину контакта режущей кромки с деталью и на возможности инструмента выполнять те или иные виды обработки. Главный угол в плане обычно изменяется в диапазоне от 45 до 95 град., но для профильной обработки может использоваться инструмент и с большими значениями угла в плане.
Главный угол в плане выбирается таким образом, чтобы инструмент имел возможность вести обработку в нескольких направлениях. Это обеспечивает ему универсальность и, как следствие, сокращение числа необходимого инструмента. Другим вариантом может стать выбор инструмента с большим углом при вершине, для повышения прочности режущей кромки за счет распределения давления по большей длине кромки. Это добавляет прочности инструменту в момент начала и конца резания, а также способствует сбалансированному распределению сил в процессе работы.

3.4.3. Фрезерование

Фрезерование - это резание материала инструментом, имеющим главное движение вращение и хотя бы одно движение подачи. Фрезы обычно являются многолезвийным инструментом. Фрезерование - эффективный метод обработки, при котором каждая из режущих кромок фрезы снимает одинаковое количество материала, ограниченное возможностями по формированию и эвакуации стружки. Наиболее часто фрезерование применяется для обработки плоских поверхностей (рис. 3.19). Но также быстро растет роль фрез в обработке сложных криволинейных поверхностей на обрабатывающих центрах и станках многоцелевого назначения.
Фреза обычно совершает резание в одном или нескольких направлениях: (A) радиальном, (B) периферийном и (C) осевом (рис. 3.20). Каждый способ фрезерования можно разложить на эти три основные перемещения в сочетании с вращением фрезы.
При торцевом фрезеровании в работе участвует как периферия, так и торец инструмента. Фреза вращается вокруг вертикальной оси в плоскости, перпендикулярной направлению подачи стола.
Фрезы в основном работают периферийной частью режущих кромок. При этом фреза вращается вокруг оси, параллельной плоскости детали.
При плунжерном фрезеровании в работе участвует торцевая часть режущей кромки или торец концевого инструмента. Подача направлена оси фрезы, обработка имеет сходство с процессом сверления вдоль.

Рис.3.19. Основные типы фрезерных операций с точки зрения формы обрабатываемой поверхности и способа перемещения инструмента: 1-торцевое фрезерование; 2- фрезерование уступов; 3- профильное фрезерование; 4- фрезерование карманов; 5- фрезерование пазов; 6- фрезерование поверхностей вращения; 7- резьбофрезерование; 8- отрезка; 9- фрезерование с большими подачами; 10- плунжерное фрезерование; 11- фрезерование с врезанием; 12- винтовая интерполяция; 13- круговая интерполяция; 14- трохоидальное фрезерование.

Рис. 3.20. Направления движения фрезы: A -радиальное, B –периферийное, C- осевое

При подготовке фрезерной операции необходимо иметь в виду следующие параметры фрезы. Номинальный диаметр фрезы (Dc), максимальный диаметр (Dc2 или D3), эффективный диаметр (De), используемый для определения скорости резания(рис. 3.21).
Скорость резания vc, м/мин - это окружная скорость перемещения режущих кромок фрезы. Эта величина определяет эффективность обработки и лежит в рекомендованных для каждого инструментального материала пределах.
Частота вращения шпинделя n, мм/об, равняется числу оборотов фрезы в минуту. Вычисляется в соответствии с рекомендованной для данного типа обработки скоростью резания.

Рис. 3.21. Геометрические параметры фрезы.

Подача на зуб fz, мм/зуб(рис. 3.22), используется для расчета минутной подачи. Это расстояние между траекториями движения двух смежных зубьев, измеренное в направлении подачи. Так как фрезы являются многозубыминструментом необходимо знать толщину срезаемого слоя, приходящуюся на каждый зуб. Подача на зуб рассчитывается исходя из максимально рекомендуемой толщины стружки.
Число зубьев фрезы zn может быть различно и влияет на величину минутной подачи. Выбор числа зубьев определяется обрабатываемым материалом, шириной фрезерования, условиями обработки, мощностью оборудования и требуемым качеством поверхности. Также при выборе числа зубьев необходимо рассчитывать эффективное число зубьев zc, т.е. число зубьев, одновременно находящихся в резании.
Подача на оборот fn(рис. 3.22), мм/об, зачастую является определяющим ограничивающим параметром в отношении чистовой обработки. Она равна относительному смещению фрезы и заготовки за один оборот фрезы.
Глубина резания ap(рис.3.22), мм - это расстояние между обработанной и еще необработанной поверхностями, измеряемое вдоль оси фрезы.
Ширина фрезерования ae(рис. 3.22), мм - это величина срезаемого припуска, измеренная в радиальном направлении или ширина контакта заготовки и инструмента.

Рис. 3.22. Геометрические параметры фрезерования.

Основным геометрическим параметром фрез является главный угол в плане kr. Он измеряется между периферийной режущей кромкой и плоскостью торца фрезы и определяет направление сил резания и толщину срезаемой стружки. Выбор геометрии пластин условно упрощен до трех областей, различающихся характером резания: легкая геометрия – L(острая режущая кромка с положительными углами, стабильный процесс резания, малые подачи, низкая потребляемая мощность, низкие усилия резания), средняя геометрия – М (универсальная положительная геометрия., средние величины подач) и тяжелая геометрия – H(наибольшая надежность режущей кромки, большие подачи) (рис. 3.23).

Рис. 3.23. Типы геометрии пластин: легкая геометрия –L, средняя геометрия –M, тяжелая геометрия -H

3.4.4. Сверление

Сверление- это процесс изготовления цилиндрических отверстий посредством металлорежущего инструмента. Сверление, как правило, предшествует таким операциям как растачивание или развертывание. Общим для всех этих операций является сочетание вращательного и поступательного движения инструмента. Существует большое различие между сверлением отверстий небольшой глубины и глубоких отверстий, для обработки которых разработаны специальные методы, позволяющие сверлить отверстие глубиной, во много раз превышающей диаметр инструмента.
С развитием инструмента для обработки коротких отверстий последовательность процесса сверления и подготовка к нему претерпевают существенные изменения. Современный инструмент позволяет засверливаться в сплошной материал и не нуждается в предварительной зацентровке отверстий. Достигается высокое качество поверхности и, зачастую, отпадает необходимость в последующей чистовой обработке отверстия.
В некотором смысле сверление можно сравнить с операциями точения и фрезерования, но при сверлении уделяется большее значение эвакуации стружки. Обработка в ограниченном пространстве отверстия накладывает определенные требования в отношении контроля за стружкообразованием. Большинство деталей имеют неглубокие отверстия, поэтому необходимо увеличивать скорость их обработки, наряду с повышением качества и степени надежности обработки.
Сверление в сплошном материале является одним из наиболее распространенных методов изготовления отверстия заданного диаметра за одну операцию (рис. 3.24, а).
Трепанирующее сверление используется в основном при обработке отверстий большого диаметра, потому что этот метод не требует таких затрат мощности, как сверление сплошного материала. Трепанирующие сверла превращают в стружку не весь материал отверстия, а оставляют целым сердцевину отверстия и, следовательно, предназначены только для обработки сквозных отверстий (рис. 3.24, б).

Рис. 3.24. Обработка отверстий: а- сверление, б- трепанирующее сверление, в -растачивание, г –развертывание.

Растачивание - это процесс увеличения диаметра отверстия инструментом специальной формы (рис. 3.24, в).
Развертывание - это процесс, использующий много- или однолезвийный инструмент для повышения точности формы, размеров отверстия и снижения шероховатости поверхностей (рис. 3.24, г).

Режимы резания при сверлении задаются такими параметрами как скорость резания, подача на оборот, скорость подачи или минутная подача(рис. 3.25).
Скорость резания (vc) выражается в м/мин и определяет скорость на периферии сверла. За один оборот сверла точка на его периферии описывает окружность длиной п x Dc, где Dc диаметр инструмента. Скорость резания изменяется вдоль режущей кромки от максимума на периферии до нуля на оси сверла. Рекомендуемые значения скорости относятся к скорости на периферии сверла.
Подача на оборот (rn), измеряемая в мм/об, определяет величину осевого перемещения инструмента за один его оборот и используется для вычисления скорости осевой подачи сверла.

Рис. 3.25. Основные параметры резания при сверлении.

Скорость подачи или минутная подача (vf), измеряемая в мм/мин, это подача инструмента по отношению к пройденному им пути в единицу времени. Другое название этой величины машинная подача или подача стола. Скорость, с которой сверло проникает в заготовку, равняется произведению подачи на оборот и скорости вращения шпинделя.
Отверстия либо обрабатываются в сплошном материале, либо доводятся уже существующие. Большинство деталей имеют, по крайней мере, одно отверстий и, в зависимости от его функционально назначения, существует ряд ограничений при обработке. Основные факторы, характеризующие операцию сверления:
диаметр отверстия
глубина отверстия
точность и качество поверхности
обрабатываемым материал
условия обработки
надежность обработки
производительность
Образование стружки с формой и размерами, позволяющими легко удалять ее из отверстия, является первоочередным вопросом при рассмотрении любой операции сверления (рис. 3.26). Без удовлетворительной эвакуации стружки работа сверла станет невозможной, вследствие забивания стружечных канавок и закупоривания сверла внутри отверстия. Высокопроизводительная обработка отверстий современными сверлами, возможна только при обеспечении беспрепятственного отвода стружки посредством использования достаточного количества охлаждающей жидкости.
Большинство коротких сверл имеет две стружечные канавки для эвакуации стружки. Современное оборудование и инструмент позволяют осуществлять подвод СОЖ по внутренним каналам в сверле, через которые она поступает непосредственно в зону резания, уменьшая действие сил трения и вымывая стружку из отверстия.

Рис. 3.26. Образование и эвакуация стружки, подвод СОЖ.

Стружкообразование зависти от типа обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режимов резания и, в некоторой степени, от выбранной охлаждающей жидкости. Обычно мелкая стружка образуется при увеличении подачи и/или уменьшении скорости резания. Длина и форма стружки считаются удовлетворительными, если они позволяют гарантированно удалять ее из отверстия.
Поскольку скорость резания уменьшается от периферии к центру, вершина сверла не будет участвовать в резании. На вершине сверла передний угол отрицательный и скорость резания равна нулю, а это означает, что она будет просто давить материал, что повлечет за собой появление пластической деформации. В свою очередь это приведет к увеличению осевой силы резания. Если оборудование не имеет достаточной мощности и жесткости, появляется биение шпинделя и в результате форма отверстия может получиться овальной.
Применение современных сверл со сменными пластинами позволяет вести обработку с высокими скоростями и большими объемами образующейся стружки, которая вымывается из отверстия потоками охлаждающей жидкости, подающейся под определенным давлением по внутренним каналам. Необходимые давление (МПа) и объем (л/мин) СОЖ зависят от диаметра отверстия, а также от условий обработки и типа материала заготовки.
При внутреннем подводе СОЖ для вращающегося сверла, ее давление должно быть выше, по сравнению со сверлом невращающимся, из-за влияния центробежной силы. В этом случае рекомендуется компенсировать недостаток давления дополнительным объемом жидкости. Определенные потери давления при прохождении по трубопроводам должны также учитываться для невращающегося сверла и при наружном подводе СОЖ.
Необходимо проверить давление и расход СОЖ, причем последний не должен быть меньше рекомендованного значения, а резервуар для СОЖ должен вмещать достаточное количество жидкости. Расход СОЖ проверяется на выходе из сверла, т.е. там, где его величину необходимо обеспечить. Минимальные значения расхода и давления СОЖ рекомендуются в соответствии с типом и диаметром сверла.
Для выбора сверла необходимо:
1. Определить диаметр, глубину и требования по качеству поверхности отверстия (принимаются во внимание вопросы надежности обработки).
2. Выбрать тип сверла (выбрать сверло для черновой или чистовой обработки, в соответствии с обрабатываемым материалом и требованиями к качеству отверстия, и обеспечивающее максимальную экономичность обработки).
3. Выбрать марку сплава и геометрию (при использовании сверл со сменными пластинами, пластины должны быть выбраны отдельно, в соответствии с диаметром сверла, геометрией и сплавом, предназначенными для обработки данного материала; для цельных сверл и сверл с напаянным твердым сплавом достаточно выбрать марку твердого сплава).
3. Выбрать тип хвостовика (выбрать тот тип, который подходит для используемого оборудования).

При выборе режима резания того или иного материала необходимо учитывать следующие факторы:

• жесткость системы станок-приспособление-инструмент-деталь;
• систему охлаждения трущихся деталей;
• стратегию обработки;
• высоту слоя снимаемого материала;
• размер обрабатываемого изделия.

Теоретические основы по выбору режимов фрезерования

Основы резания - это скорость вращения шпинделя и скорость подачи. Выбор диаметра фрезы зависит от предполагаемой ширины и глубины фрезерования.

Ширина фрезерования - это ширина обрабатываемой поверхности в миллиметрах. Ширина фрезерования увеличивается, если на станке закреплено несколько заготовок.

Глубина фрезерования - это глубина срезаемого слоя материала за один проход фрезы. Для снятия необходимого слоя фреза делает несколько подходов, последний из которых наименее глубокий - это нужно для получения чистовой поверхности. Если припуск небольшой, фреза может снять весь необходимый слой за один подход.

Скорость резания - это метраж, который проходит фреза за одну минуту работы. Скорость резания определяется справочным таблицам режимов резания.

Подача - это величина перемещения шпинделя станка в вертикальном, поперечном или продольном направлении. Подача измеряется в миллиметрах. Подача в минутах - это, соответственно, величина перемещения шпинделя за минуту.

Выбор режимов резания

В зависимости от обрабатываемого материала, мощности станка и скорости обработки выбирается режим резания. Чем выше мощность станка, тем выше скорость обработки, что положительно сказывается на интенсивности производства.

Но при этом слишком высокая скорость значительно снижает качество обработки, поэтому скорость должна определяться свойствами материала, наличием системы охлаждения и уборки стружки, а также типом фрезы.

Все данные относительно скорости и глубины резания должны содержаться в таблице, прилагаемой к оборудованию. В таблице всегда указываются максимально допустимые значения для каждого вида материала. Указанное значение не рекомендуется превышать, так как в этом случае может произойти порча фрезы, либо порча заготовки.

1. При фрезеровании заготовки из АКП скорость фрезеровки можно доводить до 80 мм/сек, но наиболее оптимальной скоростью вращения фрезы является 50 мм/сек. При сквозной резке АКП скорость не должна превышать 25-50 мм/сек.

2. ПВХ, акрил, САН, поликарбонат и другие пластики желательно фрезеровать на средней скорости 20-25 мм/сек.

3. Деревообработка на станках с ЧПУ может выполняться с разной скоростью. 3D обработка поводится на скорости от 10 до 100 мм/сек, в зависимости от размера получаемой древесины и жесткости породы. Хвойные породы дерева обрабатываются на скорости 50-80 мм/сек, а более твердые, такие как орех или дуб, на скорости 30-50 мм/сек.

4. Обработка металла на станках с ЧПУ - сложный и трудоемкий процесс, требующий постоянного контроля. Мягкие металлы, такие как алюминий и медь, можно обрабатывать на скорости 10-15 мм/сек, а твердые металлы и сплавы на скорости не более 2-5 мм/сек.

4.4.1. Общие сведения о механической обработке резанием . Процесс резания металлов заключается в срезании с обрабатываемой заготовкой слоя металла - припуска, специально оставленного на обработку, с целью получения детали с заданными чертежом формой, размерами и шероховатостью поверхностей.

Основными видами обработки резанием являются точение, строгание, сверление, фрезерование и шлифование. Обработка металлов резанием осуществляется на металлорежущих станках – токарных, строгальных, сверлильных, фрезерных и шлифовальных - с использованием различных режущих инструментов – резцов, сверл, фрез, шлифовальных кругов.

Движения, при которых с обрабатываемой заготовки срезается слой металла и изменяется состояние обработанной поверхности, называют движением резания .

Для осуществления процесса резания необходимо иметь главное движение резания и движения подачи (рис. 4.30).

Движение, определяющее скорость отделения стружки, принимают за главное движение – скорость резания . Движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои материала, принимают за движение подачи .Главное движение и движение подачи в зависимости от вида обработки могут быть вращательными или прямолинейно поступательными и совершаться как заготовкой, так и режущим инструментом.

Рис. 4.30. Схема обработки резанием.

При точении главное движение Д Г - вращательное движение заготовки, движение подачи Д S – прямолинейное поступательное движение режущего инструмента – резца (рис. 4.30, a). Перемещением резца относительно заготовки срезается ее исходная поверхность, которая называется обрабатываемой поверхностью 1 , и образуется новая поверхность, которая называется обработанной поверхностью 3. Временно существующая поверхность в процессе резания между обрабатываемой и обработанной поверхностями называется поверхностью резания 2. Расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности, определяется глубиной резания t. При точении глубина резания выражается уравнением t=(D-d)/2,где D и d – диаметры обрабатываемой и обработанной поверхностей, мм.

Скорость резания при точении υ - линейная скорость точек нарабатываемой поверхности заготовки, м/мин, которая определяли и следующим уравнением: υ=10 -3 πDn, где D – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; п – частота вращения заготовки, об/мин. Подача s при точении количественно оценивается расстоянием, на которое перемещается режущий инструмент – в направлении движения подачи за один оборот заготовки, и имеет размерность мм/об.

Скорость резания v, подача s и глубина резания t являются параметрами режима резания при точении.

При строгании на поперечно-строгальных станках главное движение Д Г сообщается резцу, а движение подачи Д s – заготовке (рис. 4.30, б) или главное движение Д Г – заготовка, а движение подачи Д s сообщается резцу.

При сверлении (зенкеровании и развертывании) как главное движение Д Г , так и движение подачи Д s обычно сообщается режущему инструменту – сверлу (зенкеру, развертке) (рис. 4.30, в).

При фрезеровании главное движение Д Г сообщается режущему инструменту - фрезе, а движение подачи Д s - заготовке (рис. 4.30, г).

При протягивании (рис. 4.30, д) главное движение поступательное Д Г сообщается режущему инструменту – протяжке. За величину подачи s Z определяющим толщину срезаемого слоя отдельным зубом протяжки, принимают подъем на зуб, т.е. разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки.

При круглом шлифовании (рис. 4.30, е)главное движение Д Г сообщается режущему инструменту– шлифовальному кругу, а движение подачи Д s – заготовке.

Скорость резания υ при сверлении (зенкеровании и развертыва­нии), фрезеровании и шлифовании определяется, так же как и при точении, только диаметром режущего инструмента. Скорость реза­ния υпри шлифовании имеет вид υ=10 -3 πDn/60, м/с).

Скорость резания υпри строгании (м/мин) является линейной скоростью перемещения, резца или заготовки.

Подача s и глубина резания t определяются аналогично точе­нию, только при строгании подача s имеет размерность мм/дв.ход (дв. ход – двойной ход резца или заготовки), а при сверлении (зен­керовании, развертывании) и фрезеровании также рассматривает­ся подача на режущую кромку (зуб) режущего инструмента s z , которая определяется уравнением s z =s/z, где z – количество режущих кромок (зубьев) инструмента. При фрезеровании рассма­тривается также минутная подача s, которая численно оценивается значением перемещения фрезы относительно заготовки за минуту и имеет размерность мм/мин. При шлифовании подача s (мм/об) оп­ределяется в долях ширины шлифовального круга В: s =kB, где В – ширина шлифовального круга, мм, а k – коэффициент, при­нимаемый в зависимости от точности обработки 0,2-0,8.

Режущим инструментом называется инструмент для обработки металлов резанием. Наиболее распространенный режущий инстру­мент – резец – состоит из режущей части Б и стержня А (рис. 4.31).

Режущая часть имеет переднюю поверхность 1 и несколько задних поверхностей 3 и 4, из которых одна называется главной задней по­верхностью 4, а остальные - вспомогательными задними поверх­ностями 3. Передняя поверхность 1 обращена по ходу главного движения в сторону срезаемого слоя на обрабатываемой заготов­ке и по ней перемещается стружка. Главная задняя поверхность 4 обращена к поверхности резания, вспомогательная задняя поверх­ность 3 к обработанной поверхности заготовки.

Рис. 4.31 . Конструкция резца и вспомогательные плоскости при точении.

Передняя и задние поверхности, пересекаясь, образуют главное 6 и вспомогательное 2 режущие лезвия. Точка пересечения глав­ного и вспомогательного режущих лезвий образует вершину 5 ре­жущей части резца. На всех инстру­ментах лезвия в поперечном сечении имеют форму клина.

Положение поверхностей и лезвий режущей части инструмента координируется относительно его державки угловыми размерами, называемыми геометрическими параметрами. Геометрические параметры инструмента рассматриваются с использованием основной плоскости, а также плоскостей резания и главной секущей (рис. 4.31, б).

Основная плоскость I плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам и совпадающая с основанием державки резца.

Плоскость резания II - плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

Чаще всего в интернете можно встретить статьи о работе на станках с ЧПУ по дереву или пластику, тем не менее хорошему станку по зубам и алюминий. Главное знать, как правильно с ним работать.
Есть несколько принципиально важных отличий в работе по алюминию от работ по дереву или пластмассам, о которых необходимо помнить. Во-первых, пределы оптимального режима резки у алюминия гораздо у?же. При выходе за пределы оптимального режима фрезы начинают изнашиваться гораздо быстрее, а поверхность оставляет желать лучшего. Также надо иметь в виду, что алюминий и его сплавы так и норовят забить наглухо канавки вашего режущего инструмента. Когда стружка полностью забьёт вашу фрезу, она перестанет резать металл, а при подаче инструмент просто будет давить на заготовку, что приведёт к его поломке. Даже если изначально работа по алюминию может показаться сложной задачей, обрабатывать его можно практически на любом станке с ЧПУ. В данной статье рассмотрим 10 полезных советов, которые позволят проводить работы правильно и безопасно.

1. Не торопиться.

Несмотря на то, что станок с ЧПУ может обрабатывать различные металлы, это не самый подходящий инструмент для производства крупногабаритных изделий, например, больших запчастей для автомобиля. Для качественной резки нужно работать не спеша, просто разрешив машине выполнять своё дело – а в таком случае деталь большого размера будет обрабатываться неоправданно долго. Вообще обработка металла является весьма серьёзной нагрузкой для станка, поэтому необходимо правильно рассчитывать скорость и глубину резания, величину подачи - согласно характеристикам вашего станка.

2. Использовать калькулятор для расчёта скорости подачи шпинделя.

Возьмите на вооружение калькулятор скорости резания и подачи для оптимизации настроек. Не стоит резать «на слух», ни к чему хорошему это не приведёт. Лучше воспользоваться калькуляторами, которые в наше время нетрудно найти на просторах интернета как в виде сайтов с необходимыми полями для заполнения и расчёта в онлайн-режиме, так и отдельных профессионально разработанных программных продуктов. В идеале следует использовать такой калькулятор, который будет выводить следующие показатели:
- Установка нижнего предела минимально возможных оборотов в минуту. Толку от калькулятора, если он продолжает предлагать вам заниженные обороты чем позволяет ваш станок?
- Поддерживать как можно больше типов режущего инструмента: цилиндрические фрезы, торцевые, червячные, концевые, конические, и многие другие;
- Учитывать прочность материала на изгиб;
- Выводить предупреждения о скорости износа. При работе на низких оборотах и повышенной температуре она значительно возрастает.
- Учитывать утончение стружки: когда вы делаете небольшие надрезы, шириной менее половины диаметра вашего инструмента, это также приводит к повышению износа инструмента.
- Возможность по мере необходимости рассчитать сразу несколько режимов работы станка по мощности.
После расчёта режима работы, у вас скорее всего всё же возникнет проблема несоответствия рекомендуемого числа оборотов, так как обычно калькуляторы выдают очень низкие значения. Минимальная скорость большинства станков ограничена, и она зачастую гораздо выше необходимой для резки алюминия, но тем не менее есть способы решить эту проблему иными путями. Следующая пара советов покажет возможные пути решения этой проблемы.

3. Использование фрез с износостойким покрытием.

Хорошим вариантом будет использовать фрезы, которые изначально рассчитаны на работу по металлам на высоких скоростях. Обычно это инструмент из твердосплавных материалов. Обычные фрезы из быстрорежущей стали, а также кобальтовые могут оказаться всё же слишком медленными, поэтому следует поискать инструмент с износостойким покрытием типа CC AluSpeed® (TiB2 - диборид титана). У фрез по алюминию с таким покрытием стружка скользит по поверхности фрезы без прилипания и теплопередачи. Они стоят немного больше, но продуктивность работы и качество изделия это окупят сполна. Допустим у вас в наличии концевая фреза из обычной быстрорежущей стали для которой рекомендуемая скорость вращения шпинделя 3.000 об/мин. А ваш станок имеет минимальную скорость 8.000 оборотов в минуту (весьма распространенная минимальная скорость для ЧПУ станков). Концевая фреза с покрытием из CC AluSpeed® может иметь рекомендованную скорость в 7.824 об/мин, что гораздо ближе к минимальной скорости станка. Поэтому такой фрезой, в принципе, уже можно смело работать. Пытайтесь найти концевой инструмент по параметрам наиболее приближенный к скорости вашего станка с ЧПУ, это позволит эффективно обрабатывать ваши заготовки.

4. Работайте фрезами меньшего диаметра

Еще один способ увеличить число оборотов в минуту – работать фрезой малого диаметра. Старайтесь работать фрезами диаметром менее 6 мм. Важно помнить, что в этом случае следует выбирать фрезы из наиболее жестких материалов, с высокой прочностью на изгиб. Чем меньше диаметр, тем ближе мы можем подобраться к 20.000 об/мин. Главный принцип – комбинируя различные размеры и режимы работы подобраться как можно ближе к штатным возможностям вашего станка.

5. Уделяйте внимание своевременной очистке рабочей области от стружки

Уделите особенное внимание удалению стружки. Наличие стружки в обрабатываемых отверстиях и пазах – верный путь к поломке инструмента. И здесь не стоит сильно надеяться, что встроенная система удаления стружки достаточно хороша, и повышенное внимание не нужно.

6. Следите за глубиной резания – глубокие отверстия очистить тяжелее

Сложность извлечения стружки увеличивается с глубиной резания, поэтому лучше сделайте больше проходов, освобождая больше пространства и работая не очень глубоко, чем пытаться сэкономить немного времени.

7. Не забывайте о смазке

Хорошей идеей будет использование смазочно-охлаждающей жидкости, подаваемой под давлением через распылитель - это позволит избежать как прилипания стружки к фрезе, так и перегрева режущего инструмента. Крайне полезное и, в целом, недорогое решение позволит сделать работу гораздо более комфортной.

8. Не уменьшайте скорость подачи слишком сильно!

Если вы идете слишком медленно, то вы рискуете перейти в такой режим, где инструмент будет больше изнашиваться, чем резать. Подача завязана на обороты шпинделя. Мало просто соблюдать оптимальную скорость резания, нужно еще держать в оптимальных пределах подачу на зуб.

9. Если станок не может перемещать шпиндель по XY c достаточно большой скоростью, используйте фрезы с меньшим числом зубьев.

При недостаточной скорости подачи для работы с алюминием рекомендуется использовать однозубые и двузубые фрезы с широкими канавками для стружки. А четырех- или более зубыми фрезами работать по алюминию не стоит вообще! Причина заключается в том, что при обработке алюминия образуется очень много крупной стружки. Чем меньше зубьев, тем больше пространство между режущими кромками, и тем больше места для продуктивного отвода больших кусков стружки. Многозубые же фрезы забиваются стружкой наглухо очень быстро. Следующая вещь, которую следует учитывать - это так называемое "радиальное истончение стружки". Если глубина резания, т.е. высота области радиального контакта фрезы и заготовки будет меньше радиуса фрезы, это вызовет истончение стружки, и вместо резания начнётся трение и нагревание инструмента, которое в конечном итоге приведёт к преждевременному износу и высокой вероятности поломки. Последний тип резания постоянно наблюдается при операциях зубофрезерования, поскольку глубина резания при этом относительно небольшая по сравнению с диаметром фрезы. Рекомендации по выбору максимальной толщины стружки обычно приводятся в технических характеристиках режущего инструмента.

10. Не работайте на полной мощности

Теперь, когда усвоено 9 предыдущих советов, можно поговорить о мощности. Машина, работающая на пределе, скорее разрушит режущий инструмент, оставит неудовлетворительное качество поверхности, а точность обработки заготовки будет желать лучшего. Не всегда доступны данные о мощности и жесткости того или иного станка. Жесткость несущей системы оценивается по величине относительных смещений инструмента и заготовки под действием сил резания. Всё это зависят от величины силы резания, собственной жесткости отдельных узлов станка, контактной жесткости между узлами станка и от порядка расположения этих узлов в пространстве. При высокоточных работах необходимо оценивать погрешности под действием упругих деформаций, а также необходимо учитывать деформации инструментальной оснастки, приспособления и заготовки. Элементы технологической системы могут деформироваться по-разному при различном их расположении и разном направлении сил резания, и, если не принимать во внимание этот фактор, могут возникнуть недопустимые погрешности при обработке. Поэтому при изготовлении точных деталей необходимо особенно тщательно провести предварительную оценку упругих деформаций технологической системы.

Вывод

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Новосибирский Государственный Технический Университет

Бердский филиал

По предмету «Технология машиностроения»

Тема: Обработка деталей на токарных станках

Выполнил: Студент 3 курса

Группы ЭУБ-72.

Камышанов А.Ю.

Шифр: 505667207

Проверил: Никитин Юрий

Вадимович

Введение

Основные понятия и определения токарной обработки

Технологическая оснастка

Автоматизация и механизация токарной обработки

Заключение

Список использованной литературы

Научно-технический прогресс во всех отраслях общественного производства означает непрерывное развитие и совершенствование орудий и предметов труда, создание принципиально новых машин, материалов, источников энергии, технологических процессов, а также связанных с ними прогрессивных форм организации производства.

Ведущая роль в решении этих задач принадлежит машиностроению, которое создает наиболее активную часть основных производственных фондов, в значительной степени определяет темпы технического прогресса, роста общественного производства и его эффективности.

Продукция машиностроения обеспечивает создание не только собственной технологической базы, но и технологической базы для других отраслей промышленности, а также во многом определяет уровень развития социально-экономической системы страны и ее национальной безопасности.

Обработка резанием - одна из наиболее распространенных операций при изготовлении деталей из конструкционных материалов. В настоящее время до 80% деталей машин, аппаратов и приборов изготовляется методом снятия стружки. Большое разнообразие конструкционных материалов, применяемых в машиностроении, а также высокие требования к точности и качеству обрабатываемых поверхностей ставят перед технологами проблемы изыскания методов и средств наиболее производительной и экономически целесообразной обработки резанием.

Токарная обработка является одной из разновидностей обработки металлорезанием. Она осуществляется срезанием с поверхностей заготовки определенного слоя металла (припуска) резцами, сверлами и другими режущими инструментами на токарных станках. На них можно производить обтачивание и растачивание цилиндрических, конических, шаровых и профильных поверхностей этих деталей, подрезание торцов, вытачивание канавок, нарезание наружных и внутренних резьб, накатывание рифлений, сверление, зенкерование, развертывание отверстий и другие виды токарных работ. Станок сообщает заготовке вращение, а режущему инструменту – движение относительно нее. Благодаря различным движениям заготовки и резца происходит процесс резания.

Токарная обработка (точение) – наиболее распространенный метод изготовления деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт и др.) на токарных станках. На них можно производить обтачивание и растачивание цилиндрических, конических, шаровых и профильных поверхностей этих деталей, подрезание торцов, вытачивание канавок, нарезание наружных и внутренних резьб, накатывание рифлений, сверление, зенкерование, развертывание отверстий и другие виды токарных работ. Иными словами обработка на токарных станках представляет собой изменение формы и размеров заготовки путем снятия припуска. Станок сообщает заготовке вращение, а режущему инструменту – движение относительно нее. Благодаря различным движениям заготовки и резца происходит процесс резания.

Понятие о припуске на обработку. Детали машин, обрабатываемые на металлорежущих станках, изготавливают из отливок, поковок, кусков прокатного материала и других заготовок.

Припуском называется слой металла, который необходимо удалить с заготовки для получения детали в окончательно обработанном виде.

Слой металла, снимаемый на токарном станке, называется припуском на токарную обработку.

Часть металла, снятая с заготовки в процессе её обработки, называется стружкой .

Клин как основа любого режущего инструмента. Резание металлов осуществляется инструментами, имеющими, как правило, форму клина. Это объясняется способностью клина создавать выигрыш в силе, необходимой для проникновения инструмента в обрабатываемый материал. Причем этот выигрыш возрастает по мере уменьшения угла заострения клина р (рис. 1).

Рис. 1. Схемы действия клина (а) и резца (б)

Движения резания при точении. На рис. 2 схематически показано обтачивание детали 1 резцом 2. Деталь при этом вращается по стрелке υ, а резец перемещается по стрелке s и снимает с детали стружку. Первое из этих движений является главным . Оно характеризуется скоростью резания. Второе движение - движением подачи .

Рисунок 2. Движения и элементы резания при точении.

Скорость резания. Скоростью резания называется длина пути, который проходит в одну минуту точка А обрабатываемой поверхности (рис.2) детали относительно режущей кромки резца. Скорость резания измеряется в метрах в минуту и обозначается буквой υ.

где υ- искомая скорость резания в м/мин; π- отношение длины окружности в её диаметру, равное 3,14; D- диаметр обрабатываемой поверхности детали в мм; n- число оборотов в минуту.

Подача. Подачей называется величина перемещения резца за один оборот обрабатываемой детали. Измеряется в мм, обозначается буквой s.

Подача называется продольной , если перемещение резца происходит параллельно оси обрабатываемой детали, и поперечной , когда резец перемещается перпендикулярно к этой оси.

Глубина резания . Глубиной резания называется толщина снимаемого слоя материала, измеренная по перпендикуляру к обработанной поверхности детали. Измеряется в мм и обозначается буквой t.

Глубиной резания при наружном обтачивании является половина разности диаметров обрабатываемой детали до и после прохода резца. Таким образом, если диаметр детали до обтачивания был 100 мм, а после прохода резца стал равен 90 мм, то это значит, что глубина резания была:

t =(100-90)/2 = 5 мм.

Срез, его толщина, ширина и площадь. Срезом называется поперечное сечение слоя металла, снимаемого при данной глубине резания и подаче. Размеры среза характеризуются его толщиной и шириной.

Толщиной среза называется расстояние между положениями режущей кромки резца до и после одного оборота детали, измеренное по перпендикуляру к режущей кромке. Толщина среза измеряется в мм и обозначается буквой a .

Шириной среза называется расстояние между крайними точками работающей части режущей кромки. Измеряется в мм и обозначается буквой b.

Четырехугольник, заштрихованный на рис. 2, изображает площадь среза. Площадь среза равна произведению подачи на глубину резания. Площадь среза измеряется в мм, обозначается буквой f и определяется по формуле:

где f- площадь среза, мм; s- подача на один оборот в мм; t- глубина резания в мм.

Образование стружки и сопровождающие его явления. Процесс резания (стружкообразования) – сложный физический процесс, сопровождающийся большим тепловыделением, деформацией металла, изнашиванием режущего инструмента и наростообразованием на резце. Знание закономерностей процесса резания и сопровождающих его явления позволяет рационально управлять этим процессом и обрабатывать детали более качественно, производительно и экономично.

При резании различных материалов могут образовываться следующие виды стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома (рис.3).

Рисунок 3. Типы стружек: а – сливная, б – скалывания, в – надлома.

Сливная стружка образуется при резании вязких и мягких металлов (мягкая сталь, латунь) с высокой скоростью. Чем больше скорость резания и вязкость обрабатываемого материала, а также меньше угол резания и толщина среза и выше качество смазочно-охлаждающей жидкости, тем стружка ближе к сливной.

Стружка надлома образуется при резании хрупких металлов (бронзы, чугуны). Такая стружка состоит из отдельных, почти не связанных между собой элементов. Обработанная поверхность при образовании такой стружки получается шероховатой, с большими впадинами и выступами. В определенных условиях, например при обработке чугунов средней твердости, стружка надлома может получиться в виде колец. Сходство ее со сливной стружкой только внешнее, так как достаточно сжать такую стружку в руке, и она легко разрушится на отдельные элементы.

Стружка скалывания занимает промежуточное положение между сливной стружкой и стружкой надлома и образуется при обработке некоторых сортов латуни и твердых сталей с большими подачами и относительно малыми скоростями резания. С изменением условий резания стружка скалывания может перейти в сливную, и наоборот.

В целях создания наилучших условий для отвода стружки из зоны резания необходимо обеспечить ее дробление или завивание в спираль определенной длины.

Дробленую стружку в виде колец и полуколец диаметром 10-15 мм и более следует рассматривать как хорошую. Эта стружка, несмотря на то, что занимает меньший объем и легче транспортируется, снижает стойкость инструмента.

Мелкодробленая стружка должна рассматриваться как удовлетворительная. Помимо снижения стойкости резцов такая стружка, разлетаясь во все стороны, попадает на поверхности станка, нарушает нормальную работу его узлов.

Формирование стружки в виде непрерывной спирали, прямой ленты и путаного клубка не удовлетворяет требованиям обработки деталей на станках с ЧПУ и поэтому должно быть исключено.

При некоторых условиях резания на переднюю, поверхность режущей кромки налипает обрабатываемый материал, образуя нарост . Он имеет клиновидную форму, по твердости в 2-3 раза превышает твердость обрабатываемого металла. Являясь как бы продолжением резца, нарост изменяет его геометрические параметры: участвует в резании металла, влияет на результаты обработки, изнашивание резца и силы, действующие не резец. При обработке нарост периодически разрушается (скалывается) и вновь образуется. Часть его уходит со стружкой, а часть остается вдавленной в обработанную поверхность (рис. 4).

Рисунок 4. Образование и срыв нароста.

Отрыв частиц нароста происходит неравномерно по длине режущего лезвия, что приводит к мгновенному изменению глубины резания. Эти явления, повторяющиеся периодически, ухудшают качество обработанной поверхности, так как вся она оказывается усеянной неровностями. С увеличением пластичности обрабатываемого металла размеры нароста возрастают. При обработке хрупких материалов, например чугуна, нарост может и не образоваться.

Оборудование, применяемое при токарной обработке

Токарный станок - станок для обработки резанием (точением) заготовок из металлов и др. материалов в виде тел вращения. На токарных станках выполняют обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, зенкерование и развертывание отверстий и т. д. Заготовка получает вращение от шпинделя, резец - режущий инструмент - перемещается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, получающих вращение от механизма подачи.

Виды токарных станков.

1. Токарно-винторезный станок . Токарно-винторезный станок модели 1К62 (к примеру) служит для токарной обработки методом точения наружных поверхностей и торцов деталей с помощью резцов, а также сверление отверстий в деталях с центральной осью вращения, зенкерование, развертывание, тонкого растачивания отверстий, нарезания всех видов наружных и внутренних резьб с помощью резцов – метчиков и плашек.

Станок используется в единичном и мелкосерийном производствах, т.к. он широкоуниверсальный.

Основными узлами принятого в качестве примера станка 1К62 являются (рис. 5):

1 - передняя бабка, в которой расположен шпиндель, коробка скоростей.

2 - суппорт, состоящий из фартука впереди, нижних продольных салазок (продольная подача), среднепоперечных салазок (поперечная подача), верхнеповоротных салазок (угловая подача), резцедержателя.

3– задняя бабка, состоит из продольных салазок, корпуса и выдвигаемой пиноли. 4– горизонтальная станина на двух тумбах, внутри передней тумбы двигатель привода главного движения, в задней- двигатель ускоренных подач суппорта, между тумбами – металлическое корыто для сбора стружки.

5- коробка подач, служит для изменения величин подач суппорта.

Метод работы: деталь крепится в центрах или в патроне и от шпинделя получает главное вращательное движение. Режущий инструмент – резец крепится в резцедержателе и получает движение продольной, поперечной и угловой подач. Хвостовые инструменты (сверла, зенкеры, метчики, развертки) крепятся в пиноли задней бабки и получают движение осевой подачи.

Особенности конструкции токарно-программных станков и особенности их применения

Конструктивно, программные и универсальные станки имеют те же узлы, но вместо механических приводов с ручным переключением подач и скоростей в этих станках стоят электроприводы с изменением скорости и подачи плавно, непрерывно по командам ЧПУ.

Назначение программных станков: токарная обработка точных диаметральных и линейных размеров, завязанных между собой жесткими требованиями цилиндричности, допусков перпендикулярности торцов коси деталей. Применяют в единичном и в серийном производствах.

В карусельных станках для обеспечения безопасности обслуживания ось шпинделя вертикальна, а базовая плоскость планшайбы - горизонтальна (рис.6).

Карусельные станки бывают: 1) одностоечные; 2) двухстоечные.

2. Токарно-карусельные станки. Относятся к классу средних и тяжелых станков, которые служат для обработки деталей диаметром от 500 мм и выше, массой более 50 – 100 кг.

Токарные станки серийного производства. Они отличаются от универсальных тем, что на них обрабатывают заготовки штампованные, литые, т.е. весь припуск можно снимать за один проход одного инструмента. Конструктивно у них имеется переднепоперечный суппорт и задний револьверный суппорт.

Токарно - револьверные станки позволяют резко увеличить производительность при обработки сложных деталей, требующих большого количества инструментов в серийном производстве.

Многорезцовые токарные полуавтоматы. Токарные резцовые полуавтоматы служат для обработки из поковок и отливок многоступенчатых валов в серийном и крупносерийном производстве. Такие станки могут одновременно выполнять более одной операции, с использованием большого количества инструментов (до 10 резцов), что серьёзно повышает производительность таких станков (рис.7).

Рисунок 7. Эскиз устройства резцедержателя и обработки заготовки на многорезцовом токарном полуавтомате

Инструмент, применяемый при токарной обработке

Резцы. Основными инструментами при токарной обработке являются резцы. В зависимости от характера обработки резцы бывают черновые и чистовые. Геометрические параметры режущей части этих резцов таковы, что они приспособлены к работе с большой и малой площадью сечения срезаемого слоя. По форме и расположению лезвия относительно стержня резцы подразделяют на прямые (рис. 8, а), отогнутые (рис.8, б), и оттянутые (рис.8, в). У оттянутых резцов ширина лезвия обычно меньше ширины крепежной части.

Рисунок 8. Разновидности токарных резцов: а - прямые, б - отогнутые, в - изогнутые, г - оттянутые по отношению к оси державки резца или быть смещено вправо или влево.

По назначению токарные резцы разделяют на проходные, расточные, подрезные, отрезные, фасонные, резьбовые и канавочные (рис.9).

Рисунок 9. Типы токарных резцов: а - проходные прямые и б - проходные отогнутые, в - проходные упорные, г, д - подрезные, е - расточные проходные, ж - расточные упорные, 3 - отрезные, и - фасонные, к - резьбовые

Проходные прямые (рис.9, а) и отогнутые (рис.9, б) резцы применяют для обработки наружных поверхностей.

Для одновременной обработки цилиндрической поверхности и торцовой плоскости применяют проходные упорные резцы (рис.9, в), работающие с продольным движением подачи.

Подрезные резцы применяют для подрезания торцов заготовок. Они работают с поперечным движением подачи по направлению к центру (рис.9, г ) или от центра (рис.9, д ) заготовки. Расточные резцы используют для растачивания отверстий, предварительно просверленных или полученных штамповкой или литьем. Применяют два типа расточных резцов: проходные - для сквозного растачивания (рис.9, е), упорные - для глухого (рис.9, ж ).

Отрезные резцы применяют для разрезания заготовок на части, отрезания обработанной заготовки и протачивания канавок. Они работают с поперечным движением подачи (рис.9, з).

Фасонные резцы применяют для обработки коротких фа сонных поверхностей с длиной образующей линии до 30-40 мм. Форма режущей кромки фасонного резца соответствует профилю детали. По конструкции такие резцы подразделяют на стержне вые, круглые, призматические, а по направлению движения подачи - на радиальные и тангенциальные. На токарновинторезных станках фасонные поверхности обрабатывают, как правило, стержневыми резцами, которые закрепляют в резцедержателе станка (рис.9, и). Резьбовые резцы (рис.9, к) служат для формирования наружных внутренних резьб любого профиля: прямоугольного, треугольного, трапецеидального. Форма их режущих лезвий соответствует профилю и размерам поперечного сечения нарезаемых резьб.

По конструкции различают резцы цельные, изготовленные из одной заготовки; составные (с неразъемным соединением его частей); с припаянными пластинами; с механическим креплением пластин (рис.10).

Рисунок 10. Типы токарных резцов по конструкции: цельные (а, б) составные с припаянными (в) или с механическим креплением (г) пластинами.

Сверла. Свёрла предназначены для сверления и рассверливания орверстий диаметром до 80 мм. Различают следующие типы сверл (рис. 1 приложения): цилиндрические с винтовой канавкой и коническим хвостовиком (стандартные и удлиненные); сверла для рассверливания чугуна с пластинкой из твердого сплава; перовые для глубоких отверстий; полые для кольцевого сверления отверстий диаметром более 60 мм.

Зенкеры. Зенкеры предназначены для окончательной обработки просверленных отверстий по 11, 12-13 квалитетам или для обработки гнезд с плоским дном под головки винтов и болтов.

Зенкеры бывают следующих типов (рис. 2 приложения): 1) со спиральным зубом, коническим и цилиндрическим хвостовиком (быстрорежущие или с пластинками твердого сплава); 2) со спиральным зубом (насадные и цельные); 3)насадные, со вставными ножами, быстрорежущие; 4) насадные, оснащенные твердым сплавом; 5) для цилиндрических углублений (цельные и съемные); 6) для зачистки торцовых поверхностей (пластинчатые или со вставными ножами); 7) зенковки обратные со штифтовым замком, оснащенные пластинками твердого сплава; 8) специальные для борштанг.

Развертки. Развертки предназначены для чистовой обработки отверстий с целью получения правильной формы и точных размеров по 6-7 и 8-9 квалитетам и шероховатости поверхности по 7-8 классам.

Типы разверток следующие (рис. 3 приложения): 1)цельные с цилиндрическим или коничским хвостовиком; 2) насадные для сквозных и глухих отверстий; 3) конические; 4) специальные для оправок и борштанг.

Метчики. На токарных станках нарезание резьбы в отверстиях производятся машинными метчиками или резьбовыми резцами. Машинные метчики (рис. 15) используют для нарезания метрической резьбы от М6 до М52 мм, дюймовой резьбы от ¼ до 2"" , трубной резьбы от 1/8 до 2"" и конической резьбы от 1/16 до 2"".

Рисунок 15. Метчики: а - для цилиндрических резьб, б - для конических резьб

Резьбы большого диаметра нарезают сборными регилируемыми метчиками, размеры и конструкция которых не стандартизированы.

Технологическая оснастка

Универсальность металлорежущего станка расширяется применением принадлежностей и приспособлений. На токарном станке основными из них являются: патроны, центры (рис.16), люнеты. Применяются и вспомогательные приспособления: сверлильный патрон, переходные втулки, хомутики.

Рисунок 16. Вращающийся центр

Из патронов наибольшее распространение получил самоцентрирующийся трех кулачковый патрон (рис.17). Его конструкция обеспечивает одновременное перемещение трех кулачков в радиальном направлении, благодаря чему заготовка устанавливается по оси шпинделя.

Рисунок 17. Самоцентрирующийся трех кулачковый патрон

При несимметричном сечении заготовок, когда правильное ее закрепление в трех кулачковом патроне невозможно, применяют четырех кулачковый патрон с раздельным зажимом кулачков или планшайбу (рис.18).

Рисунок 18. Планшайба

При обработке в центрах, для придания вращения заготовке, применяют поводковые патроны (рис.19). При наружной обработке длинномерных заготовок малого диаметра с целью предотвращения прогиба используют неподвижный (рис.20, а) или подвижный (рис.20, б) люнеты.

Рисунок 19. Обработка в центрах: 1 - поводковый патрон, 2 - передний центр, 3 - хомутик, 4 - задний патрон, 5 - пиноль задней бабки

Рисунок 20. Обработка длиномерных заготовок с использованием неподвижного (а) и подвижного (б) люнетов

Конические поверхности на токарном станке обрабатывают следующим способами: широким, токарным резцом, поворотом верхних салазок, смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении и с помощью копирной или конусной линейки.

Широким резцом (рис.21, а) обтачивают обычно короткие конические поверхности с длиной в 25- 30 мм.

При обработке конических поверхностей поворотом верхнего суппорта (рис.21, б) его устанавливают под углом, равным половине угла при вершине обрабатываемого конуса. Обработка ведется при ручной подаче. Угол поворота определяется по формуле:

Смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении (рис.21, в) обтачивает длинные конические поверхности с небольшим углом конуса при вершине (до 12°). При этом смещение заднего центра в поперечном направлении определяется из выражения:

Способ обработки конических поверхностей с помощью конусной линейки (рис.21, г), прикрепляемой к станине станка, позволяет получать коническую поверхность с углом при вершине до 40°. Обработка ведется с включением механической подачи.

Рисунок 21. Способы обтачивания конусов: а - широким резцом, б- поворотом верхнего суппорта, в -смещением корпуса задней бабки; г - с помощью конусной линейки, 1- поворотная линейка, 2 - ползушка, 3 - неподвижная линейка, 4 - винт, 5 - шкала, 6- тяга, 7 - кронштейн, 8 -салазки, 9 –корпус; где D u d - диаметры обрабатываемых конических поверхностей, мм; L - высота конуса, мм.

В зависимости от формы и размеров заготовок применяют различные способы их закрепления. При отношении длины заготовки к диаметру L/D < 4 заготовку закрепляют в патроне. При 410 используют люнеты.

Распространенным способом является обработка в центрах (рис. 22), так как она позволяет переставлять деталь со станка на станок без последующей выверки. При этом в торцах обрабатываемой детали предварительно засверливают центровые отверстия. Форма и размеры центровых отверстий (рис.22) стандартизованы. При установке на станке в эти отверстия входят острия центров передней и задней бабок станка. Для передачи вращения от шпинделя передней бабки к обрабатываемой детали применяют поводковый патрон 1 (рис.22), устанавливаемый на шпинделе, и хомутик 2, закрепленный на заготовке.

Рисунок 22. Обработка в центрах: 1 -поводковый патрон, 2 - хомутик, 3 - гайка, 4 -стержень, 5 -гайка, 6 - вращающийся центр, 7 - втулка, 8 - передний центр

Центры устанавливаются в шпинделе станка и пиноли задней бабки. Центр, установленный в шпинделе, вращается вместе с заготовкой. Простой центр (рис.23, а), установленный в пиноли задней бабки, не вращается, поэтому изнашивается сам и изнашивает центровое отверстие заготовки. Для предотвращения износа применяют вращающийся центр Иногда используют: срезанный центр при подрезке торца; обратный центр (рис.23, б) при обтачивании заготовок небольшого диаметра (до 5 мм).

Рисунок 23. Токарные центры: а - простой центр (1 - конус, 2 - шейка, 3 - конус, 4 - хвостовик); б - обратный центр

Чтобы повысить производительность и качество токарной обработки, рациональнее использовать рабочее время токаря и повысить эффективность его труда, проводят постоянную работу по автоматизации и механизации токарных станков. Автоматизация – это процесс создания приборов, устройств и механизмов, которым частично или полностью передаются функции управления станком и контроля качества обработки деталей. Механизация – это оснащение станка устройствами, которые облегчают труд токаря и освобождают его от выполнения физически тяжелых, трудоемких и утомительных работ.

К средствам механизации относят транспортные средства, зажимные устройства (самозажимные поводковые патроны, патроны с пневмо - или гидрозажимом, заднюю бабку с гидро - или пневмоприводом пиноли), механизированный привод подач резцовых салазок, задней бабки, а также гидросуппорт, который позволяет обрабатывать заготовки по копиру, закрепляемые в центрах и в патроне, по наружным и внутренним поверхностям.

К средствам автоматизации можно отнести устройства управления (датчики, кулачки, ограничители, конечные выключатели, упоры) и измерения, загрузочные устройства, устройства уборки стружки, действие которых скоординировано с работой станка и требует вмешательства рабочего только при наладке станка или при подналадке в процессе работы.

В условиях серийного производства деталей эффективно использование автоматов и полуавтоматов, обрабатывающих детали типа втулок, колец, валов, включая контроль их размеров, автоматически, без участия рабочего, который следит за исправной работой автомата, периодически загружает его заготовками и контролирует качество обработки. Обработка деталей на полуавтомате производится с участием рабочего, который производит смену заготовки, пуск станка, измерение обработанной детали и др.

Автоматы и полуавтоматы, связанные между собой транспортными и загрузочными устройствами, образуют автоматизированные участки (если имеется возможность переналадки на обработку другой детали) или автоматическую линию (если такая возможность практически отсутствует).

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) по сравнению с обычными имеют следующие преимущества: повышение производительности и сокращение времени переналадки станка с одной детали на другую; сокращение сроков подготовки производства и др.

Огромное число морально устаревших станков может быть рационально использовано путем модернизации силами предприятия. Модернизация оборудования не является временным мероприятием. В связи с тем, что моральное старение станочного оборудования происходит значительно быстрее его физического износа, промышленные предприятия вынуждены постоянно заниматься вопросами модернизации станков.

Заключение

Из всего вышесказанного в данной работе можно заключить, что токарная обработка является одним из самых универсальных видов обработки. Этим методом можно получать детали любой формы при любых требованиях к чистоте и точности обрабатываемых поверхностей. Однако универсальность токарной обработки (универсальные методы, универсальное оборудование) способствует увеличению стоимости изготовления, т.к. многие операции требуют ручного труда высокой квалификации.

На токарных станках производится обработка наружных и внутренних цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, торцевых плоскостей; нарезка резьбы внутренней и наружной резцами, метчиками и плашками; обрабатываются отверстия сверлами, зенкерами, развертками; накатывается рельеф и мелкомодульные зубчатые колеса и другое.

При токарной обработке применяются различные приспособления, повышающие производительность и сокращают трудоемкость рабочих.

Для повышения производительности и качества токарной обработки, рационального использования рабочего времени токаря и повышения эффективности его труда, проводят постоянную работу по автоматизации и механизации токарных станков.

Универсальность токарного станка играет большую роль в производстве деталей, однако требует больших затрат высококвалифицированного труда рабочих. Но в условиях серийного производства рациональнее использовать автоматические и полуавтоматические станки, работающих без участия человека или с малозначительной ролью такового в процессе обработки.

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными, а именно они в значительной мере повышают производительность и сокращают время переналадки станка с одной детали на другую; сокращают сроки подготовки производства и повышают точность и качество обработки.

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для машиностр. вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М: Машиностроение. 1980.-493 с., ил.

2. Обработка металлов резанием: Справочник технолога. А.А. Панов и др.; Под общ. Ред. А.А. Панова. 2-е изд., перераб. и доп. –М.: Машиностроение, 2004.-784 с.

3. Оглоблин А.Н. Основы токарного дела. Изд. 3-е, перераб. Под ред. Проф. Г.А.Глазова. Л.: Машиностроение. 1974. -328 с.

4. Тепинкичев В.К. Станки металлорежущие. Уч. Мет. Пособие для вузов.

Приложение

Рисунок 1. Сверла: а – цилиндрические с винтовой канавкой и коническим хвостовиком, б – цилиндрические с пластинкой ВК8, в – перовые для глубоких отверстий, г- полые для кольцевого сверления отверстий

Рисунок 2. Зенкеры: а- цилиндрические с винтовой канавкой и пластинками ВК8, б- насадной, цельный, в - насадной со вставными ножами, г -насадной с ножами ВК8 и Т15К6, д - целый и съемный для цилиндрических углублений, е- пластинчатый и со вставными ножами для обработки торцов, ж- обратные зенковки с ножами ВК8 и Т15К6 и штифтовым замком, 3- специальный для борштанг

Рисунок 3. Развертки: а - цилиндрическая с коническим хвостовиком, б - насадная, в - коническая, г - специальная для борштанг