ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Московский государственный машиностроительный университет
(МАМИ)
Кафедра “ Технология конструкционных материалов ”
Методические указания
к лабораторным работам
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
по курсу «Технология конструкционных материалов»
для студентов всех специальностей
Ответственный редактор
проф. д.т.н. В.А. Кузнецов
Москва 2010 г.
УДК: 621.74 (076)
проф. Кузнецов Владимир Анатольевич; проф. Черепахин Александр
Александрович; ст. преп. Самохин Валерий Владимирович
Методические указания к лабораторным работам «Обработка материалов резанием» по курсу «Технология конструкционных материалов» для студентов всех специальностей.
с. 34
табл. 1
рис. 44
МГТУ «МАМИ», 2010
2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Р1
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЧАСТИ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение учащимися конструкции, основных частей и
элементов, геометрии режущей части основных режущих инструментов (токарных резцов, спиральных сверл, фрез).
УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ: перед началом занятий самостоятельно изучить методические указания по предстоящей работе; под руководством преподавателя, ознакомиться с изучаемыми режущими инструментами; во время
занятий, самостоятельно выполнить задание заполнить «Протокол выполнения лабораторной работы» и защитить отчет.
Сущность процесса изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на
обрабатываемую заготовку с целью придания ей заданных формы и размеров.
Одним из таких способов является механическая обработка заготовок
резанием. Она осуществляется металлорежущим инструментом и ведется на
металлорежущих станках. Обработка металлов резанием основана на срезании режущим инструментом с поверхностей заготовки слоя материала, специально оставленного на обработку и называемого припуском. После срезания с заготовки всего припуска она превращается в готовую деталь.
Для осуществления процесса срезания припуска с заготовки режущий
инструмент и сама заготовка совершают рабочие движения. Движения рабочих органов станков делят на движения резания, установочные и вспомогательные. По ГОСТ 25762-88 различают следующие виды движений резания:
Главное движение резания Dр – прямолинейное поступательное или
вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью в процессе резания.
Движение подачи DS - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого
меньше скорости главного движения. Движение подачи предназначено для
того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность.
Результирующее движение – суммарное движение режущего инструмента относительно заготовки.
Разновидности режущих инструментов
Обработка резанием ведется на станках с помощью различных режущих инструментов: резцов, токарных и строгальных (рис. 1.1); протяжек
(рис. 1.2); осевого инструмента (рис. 1.3); фрез (рис. 1.4); резьбонарезного
инструмента (рис. 1.5).
В зависимости от вида обрабатываемой поверхности режущие инструменты могут иметь различное конструктивное исполнение. Однако у всех
инструментов можно выделить общие элементы: рабочая часть и тело инструмента.
3
Рис. 1.1. Резцы:
а – токарный; б – строгальный; 1 – тело инструмента; 2 – рабочая часть
(головка).
Рис. 1.2. Круглая протяжка:
1 – тело инструмента; 2 – рабочая часть.
Рис. 1.3. Осевой
инструмент:
а – сверло; б –
зенкер; в – развертка; 1 – тело
инструмента
(хвостовик); 2 –
рабочая часть
Рис. 1.5. Резьбонарезной инструмент:
а – метчик; б – плашка; 1 – тело инструмента (хвостовик); 2 – рабочая часть
Рис. 1.4. Цилиндрическая фреза.
Тело инструмента служит для базирования и закрепления инструмента
в рабочем приспособлении станка. Головка инструмента является его режущей частью, и выполнена или целиком из инструментального материала или
4
на головке устанавливается (напаивается или крепится механически) пластина (пластины) из инструментального материала.
Поверхности на заготовке и режущей части инструмента
Рассмотрим основные поверхности обрабатываемой заготовки и режущей части инструмента на примере наружного точения цилиндрической поверхности токарным проходным резцом (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Поверхности на заготовке:
1 – обрабатываемая поверхность; 2 –
поверхность резания; 3 – обработанная поверхность; Dр – главное движение резания; Ds – движение подачи.
На заготовке можно различить
три поверхности: обрабатываемую 1
(поверхность с которой срезается слой
материала), обработанную 3 (получена после снятия стружки) и поверхность резания 2 (соединяет обрабатываемую и обработанную поверхности).
На режущей части инструмента можно выделить следующие поверхности (рис. 1.7.): Передняя поверхность 4 – поверхность, по которой сходит
стружка. Две задние поверхности –
поверхности, обращенные к заготовке.
Рис. 1.7. Поверхности на режущей
части инструмента:
1 – вспомогательная задняя поверхность; 2 – вершина резца; 3 –
вспомогательная режущая кромка;
4 – передняя поверхность; 5 –
главная режущая кромка; 6 – главная задняя поверхность; Ds – движение подачи.
Главная задняя поверхность
6 направлена по движению подачи и вспомогательная задняя поверхность 1,
направленная против движения подачи. Пересечение передней поверхности с
главной задней образует главную режущую кромку 5 . Пересечение передней
поверхности со вспомогательной задней образует вспомогательную режущую кромку 9. Пересечение режущих кромок образует вершину 2.
5
Геометрические параметры режущей части инструмента
Положение передних и задних поверхностей, главных и вспомогательных режущих кромок инструмента координируется системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами.
Геометрические параметры можно разделить на статические и кинематические. Статические угловые параметры можно измерить с помощью универсальных или специальных контрольно-измерительных приборов. Кинематические углы инструмента существуют только в процессе резания, поэтому
их значения можно рассчитать исходя из значений заданных статических углов и параметров процесса резания.
В данной лабораторной работе определяются статические геометрические параметры режущей части инструмента на примере проходного токарного резца.
Взаимное положение и движения заготовки и резца в процессе резания
определяют положения координатных плоскостей. К таким плоскостям относятся основная плоскость, плоскость резания и главная секущая плоскость
(рис. 1.8.)
Рис. 1.8. Координатные плоскости:
P - основная плоскость; P –
плоскость резания; Pn - главная секущая плоскость; Dр –
главное движение резания; Ds
прод – движение продольной
подачи; Ds поп – движение поперечной подачи.
Основная плоскость (P)
– это плоскость, составленная
возможными для данного процесса движениями подачи.
При точении она параллельна
продольному Dsпрод. и поперечному Ds поп движениям подачи резца. У резцов с призматическим телом основную плоскость совмещает с нижней опорной поверхностью резца. Плоскость резания (P) – проходит
через главную режущую кромку резца, касательно к поверхности резания и
перпендикулярно к основной плоскости. Главные углы резца измеряют в
главной секущей плоскости (Pn). Эта плоскость перпендикулярна к проекции
главной режущей кромки резца на основную плоскость и перпендикулярная
к плоскости резания.
Углы режущей части показаны на (рис. 1.9).
6
Различают: углы в плане (главный и вспомогательный); углы в главной
секущей плоскости (передний, задний и заострения) и угол наглона главной
режущей кромки.
Углы в плане:
Главным углом в плане  называют угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением продольного перемещения резца (движение подачи Ds). Вспомогательным углом в плане
1называют угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению продольного перемещения резца.
Рис. 1.9. Статические геометрические параметры прямого проходного резца:
P - основная плоскость; Pn - главная секущая плоскость; P - плоскость резания; Dр – главное движение резания; Ds – движение подачи; α – главный
задний угол; γ – главный передний угол; β – угол заострения; φ – главный
угол в плане; φ1 - вспомогательный угол в плане; λ – угол наклона главной
режущей кромки; п.п. – передняя поверхность: з.п. – задняя поверхность;
г.з.п. – главная задняя поверхнеость; в.з.п. – вспомогательная задняя поверхность.
7
Углы в главной секущей плоскости:
Главным передним углом  называют угол между передней поверхностью резца и плоскостью, проходящий через главную режущую кромку перпендикулярно к плоскости резания. Главным задним углом,  называют угол,
образованный главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.
Углом заострения  называют угол между передней и главной задней поверхностями резца.
Углом наклона главной режущей кромки  называется угол между
главной режущей кромкой резца и плоскостью, проведенной через вершину
параллельно основной плоскости. В том случае, когда вершина резца является наивысшей точкой главной режущей кромки, угол  считается отрицательным. Если вершина резца является низшей точкой главной режущей
кромки,  - положительны. Если же главная режущая кромка параллельна
основной плоскости, то =0.
Влияние углов режущей части на процесс резания
Главный передний угол оказывает большое влияние на процесс резания
(рис. 1.10). С увеличением угла уменьшаются деформации срезаемого слоя,
улучшаются условия схода стружки;
уменьшаются силы резания; повышается качество обработки.
та,
Рис. 1.10. Влияние переднего угла на
стойкость (1) режущего инструменвертикальную составляющую силы
резания (2), температуру в зоне резания (3):
наружное точение стали 45, инструментальный материал – твердый
сплав Т15К6, скорость резания 100
м/мин,
подача – 0,2 мм/об, глубина резания – 2 мм.
Однако чрезмерное увеличение угла приводит: к уменьшению прочности режущего лезвия; увеличению износа режущего лезвия; вследствие выкрашивания, к ухудшению теплоотвода от инструмента.
Наличие главного заднего угла уменьшает трение между обработанной
и главной задней поверхностями, что увеличивает стойкость инструмента
(рис. 1.11). Однако чрезмерное увеличение угла приводит к уменьшению
прочности режущего лезвия.
Главный угол в плане определяет параметры переходного конуса между обрабатываемыми цилиндрами и угол фасок, т.е. определяется конструктором. В основном, угол влияет на шероховатость обработанной поверхности. С уменьшением угла уменьшаются: шероховатость, сила и температура
8
резания, приходящиеся на единицу длины режущей кромки, но резко увеличивается сила резания в направлении перпендикулярном оси заготовки.
Вспомогательный угол в плане влияет на шероховатость обработанной
поверхности (с уменьшением угла она уменьшается).
С увеличением угла наклона режущей кромки ухудшается качество обработанной поверхности. Но чаще всего, выбор величины и знака угла определяется направлением схода стружки. При отрицательных углах, стружка
сходит по направлению движения подачи, что безопасно при работе на универсальных станках. При положительных углах, стружка сходит по направлению против движения подачи, что безопасно при работе на станках с автоматическим и полуавтоматическим циклом. Положительные углы применяются при обработке отверстий, для того, что бы стружка выходила из отверстия.
Рис. 1.11. Влияние главного
заднего угла на износ резца по задней поверхности, при скорости резания 1 – 100 м/мин; 2 – 80 м/мин; 3
– 60 м/мин, наружное точение стали 45, инструментальный материал
– твердый сплав Т15К6, скорость
резания 100 м/мин,
подача – 0,2 мм/об, глубина резания – 2 мм.
Техника измерения углов с помощью универсального угломера
Универсальный угломер
(рис.1.12) состоит из основания 1, в
пазах 7 которого устанавливается и
может перемещаться направляющая
линейка 2. На основании жестко установлена стойка 5, по которой вращаются и могут быть закреплены в требуемое положение три угломера для
измерения различных углов.
Рис. 1.12. Универсальный угломер:
1 – основание; 2 – направляющая линейка; 3 – блок измерения углов (угломер) в главной секущей плоскости;
4 - блок измерения углов в плане; 5 –
стойка; 6 - блок измерения угла наклона главной режущей кромки; 7 – пазы.
9
Для измерения углов, лежащих в главной секущей плоскости угломер
(рис. 1.13) оснащен неподвижной шкалой 3 и шаблоном 4 со стрелкой, шаблон имеет две взаимно-перпендикулярные рабочие поверхности – материальные грани, предназначенные для измерения главного переднего  (грань
5) и главного заднего угла  (грань 6). Резец 9 устанавливается на основании
11 и подводится к шаблону4 в положение, при котором плоскость шаблона
перпендикулярна главной режущей кромке 11.
Рис. 1.13. Схема измерения
углов в главной секущей
плоскости:
1 – стойка; 2 - корпус угломера; 3 – шкала; 4 – шаблон; 5 –
грань для измерения угла γ; 6
– грань для измерения угла α;
7 – передняя поверхность; 8 –
задняя поверхность; 9 – резец;
10 – основание; 11 – главная
режущая кромка.
Далее шаблон мерительной
гранью 5 совмещается с передней поверхностью резца,
или мерительной гранью 6 с
главной задней поверхностью резца. При этом соответствующий угол поворота отмечен стрелкой шаблона в различных направлениях от нулевого положения шкалы 3, на которой регистрируются значения углов.
Для измерения углов в плане угломер (рис. 1.14) оснащен неподвижной
шкалой 7 и шаблоном 2 со стрелкой. При установке корпуса угломера 1 на
шпонку, он может перемещаться в вертикальном направлении по стойке 8, а
его рабочая грань 5 будет перпендикулярна направляющей линейке4. Обязательным условием, обеспечивающим точность измерений главного и вспомогательного углов в плане, является установка резца по направляющей линейке боковой стороной.
Рис. 1.14. Схема измерения угла
наклона главной режущей кромки:
1 – основание; 2 – шкала; 3 –
стойка; 4 – шаблон; 5 – главная
режущая кромка; 6 - грань шаблона; 7 – резец.
10
Рабочую грань шаблона, расположенного в горизонтальной плоскости,
совмещают с главной или вспомогательной режущей кромкой резца путем
вращения вокруг стойки, после чего по показаниям стрелки шаблона регистрируют значение углов по шкале 7.
Для измерения угла наклона главной режущей кромки угломер (рис.
1.15) оснащен неподвижной шкалой 2 и шаблоном 4 со стрелкой.
Резец устанавливается на основание 1 таким образом, чтобы главная
режущая кромка 5 находилась в плоскости шаблона. Поворотом шаблона вокруг оси совмещают грань шаблона 6 с главной режущей кромкой. Стрелка
шаблона укажет угол наклона главной режущей кромки в градусах на шкале.
Рис. 1.15. Схема измерения углов в плане:
1 – корпус угломера; 2 – шаблон; 3 – резец; 4
– направляющая линейка; 5 – грань шаблона;
6 – главная режущая кромка; 7 – шкала; 8 –
стойка.
Задание к работе
По указанию преподавателя группа студентов, допущенных к выполнению лабораторной работы, делится на три подгруппы
(варианты). Каждая подгруппа измеряет по три различных по геометрии резца, и результаты измерений заносят в таблицу.
Результаты замеров
№
Угол, град
Примечание
резца
α
γ
φ
φ´
λ
По результатам замеров необходимо сделать выводы о возможном
применении резцов.
Контрольные вопросы
1. Какие поверхности можно выделить на заготовке в процессе резания?
2. Какая плоскость называется основной?
3. Какую плоскость называют плоскостью резания?
11
Какой угол называют передним углом ?
Какой угол называют главным задним углом ?
Какой угол называют главным углом в плане ?
Какой угол называют углом наклона главной режущей кромки
резца ?
8. Как измеряют углы, лежащие в главной секущей плоскости?
9. Как измеряют угол наклона главной режущей кромки резца?
10.Как измеряют углы резца в плане?
4.
5.
6.
7.
12
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Р2
ОБРАБОТКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомить студентов с методами лезвийной обработки цилиндрических поверхностей, с устройством и компоновкой универсальных станков токарной и сверлильной группы.
УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ: перед началом занятий самостоятельно изучить методические указания по предстоящей работе; под руководством преподавателя и учебного мастера ознакомиться с изучаемыми методами обработки, технологическим оборудованием и режущими инструментами, начертить эскизы обработки 2 - х … 3 – х цилиндрических поверхностей по заданному преподавателем варианту детали (приложение № 1) и защитить отчет.
Точение
Точением называется метод лезвийной обработки резанием цилиндрических и торцовых поверхностей, главное движение (Dр) – вращательное,
придается заготовке, движение подачи (Ds) – прямолинейное, поступательное, придается инструменту под углом к оси вращения главного движения.
К технологическому режиму точения относятся:
Скорость главного движения, м/мин (скорость резания Vр) - путь, пройденный точкой на обрабатываемой поверхности заготовки относительно инструмента в единицу времени. Величину скорости резания определяют по
формуле Vр = (πdзnз)/1000, где: dз – диаметр заготовки, мм; nз – частота вращения заготовки, мин-1. Скорость движения подачи (подача s) – перемещение
режущего инструмента в минуту (минутная подача sм, мм/мин) или за один
оборот заготовки (подача на оборот sо, мм/об). Глубина резания t, мм – расстояние по нормали между обработанной и обрабатываемой поверхностями.
Глубина резания определяется по формуле:t = 0,5(dз – dд), где: dз – диаметр
обрабатываемой поверхности (диаметр заготовки), мм; dд – диаметр обработанной поверхности (диаметр детали), мм.
Основные схемы обработки поверхностей точением
В зависимости от вида обработанной поверхности различают: обтачивание (обработка наружных поверхностей) и растачивание (обработка внутренних поверхностей). В зависимости от направления движения подачи различают: продольное точение (рис. 2.1, а) - движение подачи направлено
вдоль оси вращения заготовки; поперечное точение (рис. 2.1, б) - движение
подачи направлено перпендикулярно оси вращения заготовки; точение конусов (рис. 2.1, в) - движение подачи направлено под углом к оси вращения заготовки); точение фасонных поверхностей.
Продольным обтачиванием обрабатывают цилиндрические шейки валов с одновременной обработкой конических, фасонных или плоских переходных поверхностей. Поперечным обтачиванием подрезают торцы, протачивают прямые или фасонные канавки, отрезают готовую деталь.
Продольным растачиванием обрабатывают гладкие или ступенчатые
сквозные отверстия с конической переходной поверхностью. Если в конце
13
рабочего хода резцу придать поперечное движение подачи, то можно получить плоскую переходную поверхность.
Рис. 2.1. Основные схемы обработки поверхностей точением:
а – продольное точение; б – поперечное точение; в – точение конических поверхностей; г – осевая обработка; д – нарезание резьбы; Dр – главное
движение резания; Ds – движение подачи; Ds прод - движение продольной подачи; Ds поп - движение поперечной подачи.
Обработка конических поверхностей может проводиться несколькими
способами: Широкими токарными резцами с продольным или поперечным
движением подачи. Таким способом получают поверхности с длинной образующей не более 30 мм. Используют способ при снятии фасок с обработанных цилиндрических поверхностей. Перемещением токарного резца под углом к оси вращения заготовки. Таким способом получают поверхности с
длинной образующей не более 150 мм. Смещением оси вращения заготовки
на угол равный половине угла при вершине обрабатываемого конуса. Таким
способом обрабатывают длинные конические поверхности с углом конуса не
более 8º. Смещение равно: h = Lsinα, где: h – смещение, в мм; L – полная
длина заготовки, в мм, α – половина угла конуса.
При использовании вместо токарного резца осевого инструмента (сверла, зенкера, развертки) возможно получение глухих или сквозных отверстий
(рис. 2.1, г) Нарезание резьбы (рис. 2.1, д) проводится специальными резьбовыми резцами.
14
Режущий инструмент и рабочие приспособления
В зависимости от вида работы различают резцы: проходные прямой,
отогнутый и упорный (рис. 2.2, а, б, в); отрезной (рис. 2.2, г); канавочные
прямой и радиусный (рис. 2.2, д, е); расточные и радиусный (рис. 2.2, ж, з, и,
к): проходной, упорный, канавочный, резьбовой.
Рис. 2.2. Токарные резцы:
а, б, в – проходные: прямой, отогнутый и упорный; г – отрезной; д, е - канавочные: прямой и радиусный; ж, з, и, к – расточные: проходной, упорный,
канавочный, резьбовой.
Характер базирования и закрепления заготовки в рабочих приспособлениях токарных станков зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, типа заготовки (вал, диск, кольцо, некруглый стержень …), отношения длины заготовки к ее диаметру, требуемой точности обработки и т.д.
При обработке круглых стержней на универсальных токарных станках
чаще всего применяется трех, четырех или шести кулачковые патроны (рис.
2.3).
Рис. 2.3. Токарные патроны.
Универсальный токарно-винторезный станок
На универсальном токарно-винторезном станке (рис. 2.4) обрабатывают детали различных классов (круглые и некруглые стержни, кольца, диски,
корпусные детали …). Станина 1 станка - массивная базовая чугунная деталь
15
имеет две тумбы 18: переднюю и заднюю. В передней тумбе установлен
главный электродвигатель.
Рис. 2.4. Универсальный токарно-винторезный станок:
1 – станина; 2 – лицевая панель коробки подач; 3 – передняя бабка; 4 – патрон; 5 – защитный кожух; 6 – резцедержатель; 7 – пиноль; 8 – задняя бабка;
9, 10 – наружные и внутренние направляющие; 11 – ходовой винт; 12 – рейка; 13 – ходовой вал; 14 – фартук; 15 - продольные салазки; 16 – поперечные
салазки; 17 – поворотные салазки; 18 – тумба.
Верхняя часть станины имеет две пары направляющих 9 и 10 для базирования и перемещения подвижных элементов станка. Передняя бабка 3 закреплена на левой части станины. В корпусе передней бабки расположена коробка скоростей со шпинделем. На правом резьбовом конце шпинделя устанавливается технологическая оснастка (патрон 4) для базирования и закрепления
заготовок. Шпиндель получает вращение (главное движение Dр) от главного
электродвигателя через клиноременную передачу, систему зубчатых колес и
муфт, размещенных на валах коробки скоростей. Задняя бабка 8 установлена
на правой части станины с возможностью перемещения по ее внутренним
направляющим. Задняя бабка необходима для повышения жесткости закрепления длинных валов. Внутри задней бабки размещается выдвижная пиноль
7, в конусное отверстие которой вставляются различные центра. При обработке длинных валов передний конец заготовки устанавливается в патрон,
закрепленный на шпинделе, а задний конец поджимается центром, установленным в пиноли задней бабки. При обработке коротких заготовок, заготовок
типа “некруглый стержень”, или корпусных заготовок в конусное отверстие
пиноли устанавливается осевой инструмент, что позволяет производить осе16
вую обработку центрального отверстия в заготовке. Движение подачи при
этом осуществляется вручную вращением маховика задней бабки. На наружных направляющих станины размещается суппорт, состоящий из резцедержателя 6, поворотных 17, поперечных 16 и продольных 15 салазок. В резцедержателе устанавливаются режущие инструменты - токарные резцы. Поворотные салазки установлены с возможностью поворота и фиксации вокруг
вертикальной оси, что позволяет обрабатывать короткие (до 150 мм) конусные поверхности с большими углами конусности (до 45º). При обработке
длинных конусных поверхностей с малыми углами конусности (до 5º) смещают ось вращения заготовки, перемещая заднюю бабку перпендикулярно
направляющим станины. Поперечные салазки позволяют придать режущему
инструменту движение подачи (Ds) под углом 90 º к оси вращения заготовки
(поперечная подача). Продольные салазки позволяют придать режущему инструменту движение подачи (Ds) вдоль оси вращения заготовки (продольная
подача). Движение подачи осуществляется вручную или автоматически. На
передней стенке станины закреплена коробка подач 2, кинематически связанная со шпинделем. Коробка подач передаёт движение на ходовой вал 13 и
ходовой винт 11. Ходовой винт служит для обеспечения автоматической подачи только при нарезании резьбы. Для обеспечения автоматической подачи
при других работах служит ходовой вал.
Сверление
Сверлением называется метод лезвийной обработки резанием цилиндрических отверстий с прямолинейной образующей, главное движение - вращательное и движение подачи – прямолинейное, поступательное придаются
инструменту. К сверлению относятся: сверление (рис. 2.5, а), рассверливание
(рис. 2.5, б), зенкерование (рис. 2.5, в), развертывание (рис. 2.5, г), зенкование
(рис. 2.5, д) и цекование (рис. 2.5, е).
Рис. 2.5. Основные
схемы сверления:
а – сверление и рассверливание; б –
зенкерование; в –
развертывание; г зенкование; д – цекование; Dр – движение резания; DS –
движение подачи.
Сверлением
получают сквозные и глухие отверстия. Рассверливанием увеличивают диаметр ранее просверленного отверстия. Зенкерованием увеличивают диаметр
отверстия, ранее полученного в заготовке литьем или давлением. Разверты17
вание – чистовая операция, обеспечивающая высокую точность отверстия.
Развертыванием обрабатывают цилиндрические и конические отверстия после зенкерования или растачивания. Зенкованием обрабатывают цилиндрические и конические углубления под головки болтов и винтов. Для обеспечения
перпендикулярности и соосности обработанной поверхности основному отверстию, режущий инструмент (зенковку) снабжают направляющим цилиндром. Цекованием обрабатывают торцевые опорные плоскости для головок
болтов, винтов и гаек. Перпендикулярность обработанной торцевой поверхности основному отверстию обеспечивает направляющий цилиндр режущего
инструмента (цековки).
К технологическому режиму сверления относятся: Скорость главного
движения, м/мин (скорость резания Vр): Vр = (πdиnи)/1000, где: dи – диаметр
инструмента, мм; nи – частота вращения инструмента, мин-1.
Скорость движения подачи (подача s) – перемещение режущего инструмента в минуту (минутная подача sм, мм/мин), или за один оборот заготовки (подача на оборот sо, мм/об), или на угол поворота инструмента равный
шагу между зубьями (подача на зуб sz, мм/зуб).
Глубина резания t, мм для сверления: t = 0,5 dс, для рассверливания,
зенкерования и развертывания t = 0,5(dз - dи), где; dс – диаметр сверла, мм; dз диаметр отверстия в заготовке, мм; dи – диаметр инструмента (сверла, зенкера, развертки), мм.
Осевой режущий инструмент показан на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Осевой
режущий инструмент:
а – сверло спиральное; б –
сверло центровочное; в –
сверло перовое;
г - сверло кольцевое; д – сверло инжекторное; е – зенкер
насадной; ж –
зенкер концевой; з – развертка машинная; и – комплект конических разверток; к - зенковки цилиндрическая и коническая; л – цековка насадная; м – цековка концевая.
Вертикально – сверлильный станок
В единичном и мелкосерийном производстве применяются вертикально – сверлильные станки (рис. 2.7). На фундаментной плите 1 станка смонтирована колонна 5. По вертикальным направляющим 6 колонны перемещают18
ся стол 2 и сверлильная головка 4. Установочные перемещения стола осуществляются вручную с помощью винтового домкрата 7.
Рис. 2.7. Вертикально – сверлильный станок:
1 – фундаментная плита; 2 – стол; 3 – шпиндель; 4 – сверлильная головка; 5 – колонна; 6 –
вертикальные направляющие; 7 – домкрат.
На верхней плоскости стола устанавливаются
рабочие приспособления или заготовка. Вращательное движение инструменту передается
от электродвигателя, через коробку скоростей
и шпиндель 3. Механизмы главного движения
и движения подачи размещены внутри сверлильной головки.
Контрольные вопросы
1. Какое движение при токарной обработке считают главным?
2. Какое движение при токарной обработке называют движением
подачи?
3. Что называют скоростью резания?
4. Что называют величиной подачи?
5. Что такое глубина резания?
6. Какие геометрические поверхности обрабатываются сверлением?
7. С помощью, какого режущего инструмента обрабатывают опорные поверхности по головку болта или винта?
8. Чему равна глубина резания при сверлении?
9. Чему равна глубина резания при рассверливании?
10.Какая операция позволяет получить более точное отверстие:
сверление, зенкерование или развертывание?
19
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Р3
ОБРАБОТКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомить студентов с методами лезвийной обработки плоских поверхностей, с устройством и компоновкой универсальных
станков строгальной и фрезерной группы.
УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ: перед началом занятий самостоятельно изучить методические указания по предстоящей работе; под руководством преподавателя и учебного мастера ознакомиться с изучаемыми методами обработки, технологическим оборудованием и режущими инструментами, начертить эскизы обработки 1- й … 2 – х плоских поверхностей по заданному преподавателем варианту детали (приложение № 1) и защитить отчет.
Строгание
Строганием называется метод лезвийной обработки резанием плоских
и фасонных линейных, открытых поверхностей, главное движение (Dр) – возвратно поступательное, дискретное придается инструменту, движение подачи (Ds) – дискретное, прямолинейное, придается заготовке в конце обратного
хода инструмента. Если главное движение придается инструменту в вертикальном направлении, то процесс называется долблением.
К технологическому режиму строгания (долбления) относятся:
Скорость резания V1 х, м/мин, - скорость прямого (рабочего) хода инструмента. Скорость движения подачи (подача s) – перемещение режущего
инструмента в минуту (минутная подача sм, мм/мин) или за один двойной
ход 0(прямой и обратный) заготовки (подача на двойной ход s2 х, мм/дв. ход).
sм = n s2 х, где: n – число двойных ходов инструмента в минуту. Глубина резания t, мм – расстояние по нормали между обработанной и обрабатываемой
поверхностями.
Основные схемы обработки поверхностей строганием
В зависимости от направления движения подачи различают: строгание
наружных горизонтальных, вертикальных, фасонных и наклонных поверхностей, пазов и рифлений (рис.3.1, а); и добление наружных и внутренних вертикальных плоских или фасонных поверхностей (рис.3.1, б).
Режущий инструмент
При работе на строгальном станке, на резец действует горизонтальная
составляющая силы резания. Если на станок установить прямой резец (рис.
3.2, а), то под воздействием силы P, он изогнется по дуге радиуса r, и врежется в обработанную поверхность (заштрихованный участок). Поэтому при
строгании применяются изогнутые резцы (рис. 3.2, б). В данном случае, резец, изгибаясь, отодвигается от обработанной поверхности, что приведет к
увеличению получаемого размера, но это можно учесть при настройке станка.
Если жестко установить строгальный резец, то при обратном ходе он
будет врезаться в обработанную поверхность (упругое восстановление обра20
ботанной поверхности), что приведет к поломке резца. Поэтому, резцы устанавливают с возможностью качения в вертикальной плоскости (рис. 3.2, в),
тогда при обратном ходе, резец отодвигается от обработанной поверхности и
скользит по ней.
Рис. 3.1. Основные
технологические
схемы обработки
поверхностей:
а – строганием; б –
долблением; Dр –
главное движение
резания; Ds – движение подачи; t –
глубина резания.
Режущий
строгальный и долбежный инструмент, изготавливается двух типов:
строгальные резцы
проходные, прорезные и фасонные
(рис. 3.2 г, д, е);
долбяки проходные, для шпоночных пазов и специальные (рис. 3.2 ж).
Рис. 3.2. Установка режущего инструмента и инструмент для строгания и
долбления:
а – изгиб прямого резца; б
– изгиб изогнутого резца;
в - установка строгального
резца; г, д, е – строгальные резцы: проходной,
фасонный, отрезной; ж –
долбяк зуборезный; DР –
главное движение резания; Dр. х – рабочий ход;
Dо. х – обратный ход; P –
сила резания; r – радиус изгиба резца.
21
При невозможности такой установки резца (долбление фасонных поверхностей, шпоночных пазов, зубодолбление) в начале обратного хода резец
отводят на 0,1 … 0,2 мм от обработанной поверхности (отскок резца).
Поперечно-строгальные станки (рис. 3.3) применяются в единичном и
серийном производстве и во вспомогательных цехах машиностроительных
заводов. На них обрабатываются заготовки с длиной обработки не более 1000
мм. На фундаментной плите установлена станина 6. По вертикальным направляющим 7 станины перемещается траверса 8 с горизонтальными направляющими, на которых установлены консоль 1 со столом 2.
Рис. 3.3. Поперечно-строгальный станок:
1 – консоль; 2 – стол; 3 – резцедержатель; 4 – суппорт; 5 – ползун; 6 – станина; 7 – вертикальные направляющие; 8 –
траверса.
На столе устанавливается заготовка или
рабочие приспособления. На верхнем
торце станины выполнены горизонтальные направляющие, по которым перемещается ползун 5. На переднем торце
ползуна выполнены вертикальные направляющие, по которым перемещается вертикальный суппорт 4 с качающейся плитой и резцедержателем 3. Вертикальный суппорт можно поворачивать вокруг горизонтальной оси для строгания наклонных плоскостей.
Фрезерование
Фрезерованием называется метод лезвийной обработки резанием плоских и фасонных линейных поверхностей многозубым инструментом – фрезой, главное движение – вращательное с постоянным радиусом, придается
фрезе; движение подачи – прямолинейное, поступательное придается заготовке вдоль или под углом к оси вращения фрезы. Фреза – многозубый цилиндрический инструмент с зубьями на торцевой и (или) образующей поверхностях.
В зависимости от положения оси вращения фрезы различают: горизонтально-фрезерные станки (ГФС) – ось расположена горизонтально; вертикально-фрезерные станки (ВФС) – ось расположена вертикально.
Фрезерованием обрабатывают: горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости; одновременно несколько плоскостей; уступы и пазы
(прямолинейные или фасонные); фасонные поверхности (рис. 3.5).
К технологическому режиму сверления относятся:
Скорость главного движения, м/мин (скорость резания Vр):
Vр = (πdфnф)/1000, где: dф – диаметр фрезы, мм; nф – частота вращения фрезы,
мин-1. Скорость движения подачи (подача s) – перемещение фрезы в минуту
(минутная подача sм, мм/мин), или за один её оборот (подача на оборот sо,
22
мм/об), или на угол поворота фрезы равный шагу между зубьями (подача на
зуб sz, мм/зуб). Глубина резания t, мм - расстоянию по нормали между обработанной и обрабатываемой поверхностями, мм.
Рис. 3.5. Технологические схемы фрезерования:
а – на горизонтально – фрезерных станках; б – на вертикально – фрезерных
станках: Dр – главное движение резания; Ds – движение подачи; 1/z – делительный поворот заготовки, стрелками показаны движения резания.
Режущий инструмент и технологическая оснастка
В зависимости от соотношения длины фрезы к ее диаметру (К=L/Dф),
различают (рис. 3.6): цилиндрические фрезы (К = 0,5…3); концевые или
пальцевые фрезы (К≥3) и дисковые фрезы (К≤0,5). В зависимости от расположения главной режущей кромки различают: фрезы с прямым зубом (главная режущая кромка параллельна оси вращения фрезы); косозубые фрезы
(главная режущая кромка направлена под углом к оси вращения фрезы);
шевронные фрезы (главные режущие кромки соседних зубьев расположены
под углом друг к другу). В зависимости от конструктивного исполнения режущей части различают: цельные фрезы (фрезы целиком выполнены из быстрорежущей стали); фрезы с напаянными пластинками инструментального
материала; фрезы с механическим креплением пластинок инструментального
материала; фрезы сборные (инструментальный материал закреплен на отдельных резцах, вставленных в корпус фрезы). В зависимости от расположения зубьев различают: фрезы односторонние (зубья располагаются только на
образующей): фрезы двухсторонние (зубья располагаются на образующей и
23
одном из торцов); фрезы трехсторонние (зубья располагаются на образующей и обоих торцах).
Рис. 3.6. Фрезы:
а – цилиндрическая цельная;
б – концевая; в – дисковая
односторонняя; г – отрезная;
д – концевая с напаянными
пластинами твердого сплава;
е – концевая с механическим
креплением твердосплавных
пластин; ж – цилиндрическая
сборная; з – одноугловая; и двухугловая несимметричная;
к – фасонная; л – фасонная
полукруглая выпуклая; м –
пазовая для Т-образных пазов; н – дисковая модульная;
о – червячная; п – резьбовая
ниточная.
В зависимости от формы главной режущей кромки
различают: фрезы с прямолинейной режущей кромкой;
фрезы с ломанной режущей
кромкой (одноугловые и
двухугловые); фасонные фрезы (фрезы выпуклые полукруглые и фрезы вогнутые
полукруглые); специальные фрезы. Цилиндрические фрезы обычно используются в наборе из двух и более фрез для обработки ступенчатых поверхностей заготовок. Дисковые фрезы используются для обработки различных пазов и для отрезания материала. Концевые фрезы используются для обработки
плоскостей, уступов, прямоугольных и призматических пазов; криволинейных поверхностей. К специальным фрезам относятся: концевые фрезы для
получения Т-образных пазов; шпоночныефрезы для получения шпоночных
пазов под призматическую или сегментную шпонку; модульные дисковые
или концевые фрезы для нарезания зубчатых венцов по методу копирования;
червячные фрезы для нарезания зубчатых венцов или шлиц методом обката;
резьбовые фрезы.
Для установки, базирования и закрепления заготовок применяются
универсальные приспособления (прихваты; угольники; призмы; машинные
тиски). При обработке большой партии заготовок проектируются и изготавливаются специальные приспособления. Для периодического, точного пово24
рота заготовки на заданный угол (деление заготовки) применяют механические или оптические делительные головки или делительные столы (рис. 3.7).
Рис. 3.7. – Делительные механизмы:
а – универсальная механическая делительная головка; б – делительный стол с
вертикальной осью; в - делительный стол с горизонтальной осью.
Станки фрезерной группы
В условиях единичного и мелкосерийного производства широко используются универсально-фрезерные станки. К ним относятся станки: горизонтальные (рис. 3.8, а) вертикальные (рис. 3.8, б) и универсальные фрезерные станки (рис. 3.8, в).
Рис. 3.8. Универсально-фрезерные станки:
а – горизонтальный; б – вертикальный; в – универсальный; 1 – фундаментная
плита; 2 - станина; 3, 8- шпиндельный узел; 4 - хобот; 5 – серьга; 6 – стол; 7 –
консоль.
На рис. 3.8, а показаны основные узлы ГФС. На фундаментной плите 1
установлена чугунная станина 2. По верхним направляющим станины перемещается хобот 4. Хобот может устанавливаться относительно станины с
различными размерами вылета. Серьга 5 перемещается по направляющим
хобота и закрепляется гайкой. Хобот совместно с серьгой обеспечивает жесткость фрезерной оправки. С помощью винтового домкрата, по вертикальным
25
направляющим станины перемещается консоль 7. На консоли установлены
продольные и поперечные салазки и стол 6.
ВФС имеют много общих унифицированных узлов и деталей с ГФС.
Основное отличие состоит в наличии вертикально расположенного шпиндельного узла 8, который можно поворачивать под углом до 45º в обе стороны.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Контрольные вопросы
Какие поверхности обрабатывают строганием?
В чем отличие строгания от долбления?
Почему при строгании нельзя использовать токарные резцы?
Какие поверхности обрабатывают фрезерованием?
Опишите режущий инструмент «Фреза».
Опишите устройство вертикально-фрезерного станка.
Зачем горизонтально-фрезерному станку нужны хобот и серьга?
26
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Р4
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВКИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение основ построения технологического процесса обработки деталей машин, приобретение навыков составления технологических маршрутов механической обработки типовых деталей.
УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ: перед началом занятий самостоятельно изучить методические указания по предстоящей работе; под руководством преподавателя, разработать технологическую цепочку обработки заданной преподавателем детали (приложение № 1) и защитить отчет.
Общие понятия
Технологическим процессом обработки детали называется часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и последующему определению состояния предметов труда.
Технологический процесс может включать различные технологические
методы: обработку резанием; химико-термическую обработку; сварку; сборку; контроль состояния предмета труда и т.д.
Технологический процесс состоит из технологических операций. Технологической операцией называется законченная часть технологического
процесса, выполняемая на одном рабочем месте. В операцию обработки резанием включают все действия рабочего (оператора) по управлению станком
в процессе обработки заготовки от установки ее на станок до снятия ее со
станка.
Например: если необходимо обточить партию валов по цилиндрической поверхности с двух концов, то обработка, может быть выполнена двумя
вариантами. Обтачивание за одну операцию: все валы обрабатывают на одном станке: каждый вал переворачивают и обтачивают с другого конца. Обтачивание за две операции: все валы обрабатывают на двух станках: на первом станке обтачивают все валы с одного конца, затем, на втором станке обтачиваются все валы с другого конца.
В некоторых случаях технологическую операцию выполняют с нескольких установок. Установом называется часть операции, выполняемая
при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки. Рассмотренное ранее обтачивание по цилиндрической поверхности с двух концов за одну операцию было произведено за два установа: обтачивание с одного конца — переворот заготовки и ее перезакрепление — обтачивание с другого конца.
Переходом называется законченная часть технологической операции,
выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при
неизменных режимах и установах. При изменении любого из этих элементов
появляется новый переход.
Например: обработку точного отверстия у заготовки производят последовательно в три перехода (сверлением, зенкерованием, развертыванием).
Переход может выполняться за один или несколько ходов. Ход - законченная часть перехода, состоящая из однократного перемещения инструмен27
та относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров
или состояния заготовки.
Разработка технологического процесса включает в себя выбор способов
обработки, их оптимальной последовательности, выбор оснастки и оборудования, режущего инструмента, определение режимов обработки.
При разработке технологического процесса обработки заготовки, технолог руководствуется следующим критерием: при заданном качестве изделия, заданной программе выпуска обеспечить минимальную себестоимость
изделия.
Качество изделия задается конструктором. Чертежи изделия, узлов или
деталей для технолога являются эталоном, которому должна соответствовать
выпускаемая продукция.
Программа выпуска задается заказчиком:
Nг  Nи nд (1  0,01 )(1  0,01 ), где: Nг — заданная программа выпуска деталей, в штуках; Nи — заданная программа выпуска изделий, в штуках; nд - количество деталей в изделии;  - норма запасных частей, в процентах;  норма брака, в процентах.
Себестоимость обработки — денежное выражение стоимости изготовления изделия (детали), учитывающее все затраты на материал (материалы) изделия, стоимости заготовки, стоимости обработки и т.д. (подробно
нормирование и структуру себестоимости изучается в курсах “Технология
машиностроения” и “Экономика, и организация машиностроительного производства”).
Порядок составления технологического процесса
Базовой исходной информацией для проектирования технологического
процесса служат: рабочие чертежи изделия (детали); технические требования, регламентирующие точность, параметры шероховатости и другие требования качества; программу выпуска изделий; информацию о технологических возможностях заготовительного и основного производств.
При разработке технологического процесса изготовления изделия (детали) технолог предварительно изучает конструкцию и назначение и условия
работы изделия, анализирует его технологичность (т.е. соответствие объекта
производства условиям конкретного производства), контролирует чертеж изделия. Рабочий чертеж должен иметь все данные, необходимые для исчерпывающего и однозначного понимания при изготовлении и контроле изделия.
При выявлении нетехнологичных элементов, совместно с конструктором, вносит необходимые изменения в рабочий чертеж.
Составление технологического процесса механической обработки ведется в следующем порядке:
 изучение рабочих чертежей изделия и технических условий его
изготовления;
 выбор оптимального способа получения заготовки;
 выбор способов базирования и закрепления заготовки;
28
 составление перечня переходов, необходимых для изготовления
детали;
 группирование переходов в операции, определение последовательности операций и переходов;
 составление технологического маршрута, в котором указывают
содержание операций, установов, переходов и дают (в виде эскизов) схематическое изображение переходов;
 выбор для каждой операции типа и модели оборудования, технологической оснастки, режущих и измерительных инструментов;
 определение расчетных размеров обрабатываемых поверхностей
для каждого перехода (припуски на обработку) и размеров заготовки;
 выбор режимов резания;
 расчет производительности и себестоимости обработки.
 Выбор режимов резания
Оформление технологического маршрута
Разработанный технологический маршрут оформляется в табличном
виде, одновременно вычерчиваются эскизы обработки или чертежи наладки.
При этом на эскизе обработки показываются: обрабатываемая заготовка; режущий инструмент (в конце рабочего хода); требуемые движения; получаемые размеры с допусками и шероховатостью обработанной поверхности; обработанная поверхность обозначается или жирной линией, или линией красного цвета; режимы резания; дополнительные требования к наладке инструмента.
Пример выполнения эскизов обработки
Задано: Разработать эскизы переходов технологического процесса механической обработки
вала
редуктора. Материал сталь
45, в = 600 МПа, заготовка — прокат 75 х
294
мм; черная масса 10,1
кг;
чистая масса 4,55 кг;
величина партии 60 шт.
Рис.4.1. Чертеж детали
Эскизы наладок 05 операции приведены на рис. 4.2 … 4.11.
29
Рис. 4.2. Операция 05 Токарная, обработка
правого торца.
Оборудование — токарно-винторезный станок мод.
1К62, Токарный резец, проходной, упорный; твердый сплав Т15К6.
Рис. 4.3. Операция 10,
Токарная, сверление центрового отверстия на глубину 10 мм.
Оборудование — токарно-винторезный станок
мод. 1К62, Сверло центровочное; сталь Р6М5К5.
Рис. 4.4. Операция 15 Токарная, обработка левого торца.
Оборудование — токарно-винторезный станок
мод. 1К62, Токарный резец, проходной, упорный; твердый сплав Т15К6.
Рис. 4.5. Операция 20, Токарная, сверление
центрового отверстия на глубину 10 мм.
Оборудование — токарно-винторезный станок мод. 1К62, Сверло центровочное; сталь
Р6М5К5.
30
Рис. 4.6. Операция 25, Токарная,
проточить шейку Ø 48 мм на
длину 85 мм.
Оборудование — токарновинторезный станок мод.
1К62, Токарный резец, проходной, упорный; твердый сплав
Т15К6.
Рис. 4.7. Операция 30, Токарная, проточить шейку Ø 71 мм на длину 15
мм.
Оборудование — токарновинторезный станок мод.
1К62, Токарный резец, проходной,
упорный; твердый сплав Т15К6.
Рис. 4.8. Операция 35, Токарная,
проточить фаску 3 х 45.
Оборудование — токарновинторезный станок мод.
1К62, Токарный резец, проходной,
твердый сплав Т15К6.
Рис. 4.9. Операция
40, Токарная, проточить
шейку Ø 64 мм на длину
195 мм.
Оборудование — токарно-винторезный станок
мод.
1К62, Токарный резец,
проходной, упорный;
твердый сплав Т15К6.
31
Рис. 4.10. Операция
45, Токарная, проточить шейку Ø 48 мм
на длину 160 мм.
Оборудование — токарно-винторезный
станок мод.
1К62, Токарный резец, проходной, упорный; твердый сплав
Т15К6.
Рис. 4.11.
Операция 50,
Токарная,
проточить
фаску 3 х 45.
Оборудование — токарновинторезный
станок мод.
1К62, Токарный резец, проходной, твердый сплав Т15К6.
Порядок выполнения работы
1. При подготовке работы, дома, законспектировать теоретическую
часть.
2. Получить у преподавателя вариант задания.
3. По имеющимся размерам начертить деталь и заготовку.
4. Под руководством преподавателя разработать технологический
маршрут изготовления детали.
6. Начертить эскизы обработки детали.
7. Защитить лабораторную работу.
32
Приложение № 1
Задания к лабораторной работе
Материал обрабатываемой детали, точность обработки и программу
выпуска по каждому варианту задает преподаватель.
33
34