Основные виды механической обработки: строгание, токарная, сверление, фрезерование

Введение

Статья рассматривает четыре основных вида резания: строгание и строгание (планирование), токарная обработка и растачивание, сверление и фрезерование. Анализ ограничен базовыми операциями, без углубления в все технологические нюансы.

1. Строгание и планирование

Природа удаления материала одинакова. Главное различие: при строгании основное (режущее) движение передаётся инструменту, а подача — заготовке; при планировании — наоборот.

Резание прерывистое, происходит на рабочем ходу. На обратном ходу подача осуществляется без резания. Основные параметры: число ходов за единицу времени N, длина хода S, коэффициент быстрого возврата R, глубина резания d, углы инструмента.

Несрезаная толщина и ширина резания:

t = f·sin ψ, w = d / sin ψ

где ψ — угол в главной режущей кромке. Угол ракеα определяется из сечения (рис. 4.34). Силы резанья: компонента F_C против скорости, F_T — перпендикулярно переходной поверхности. F_T раскладывается на питание F_f и нормальную F_n к обработанной поверхности.

Производительность по металлу: L·d·f·N (L — длина заготовки). Время резания определяется шириной B, общей глубиной H, глубиной резания d, подачей f и числом ходов N.

2. Токарная обработка и растачивание

Токарная — одна из самых распространённых операций. Получают поверхности вращения (цилиндрические, конические, винтовые, торцевые). Внутренние поверхности обрабатываются растачиванием. Инструмент — резец с одной режущей кромкой.

Параметры эквивалентного ортогонального резания:

t = f·sin ψ, w = d / sin ψ

Скорость резания: v = π·D·N (N — обороты заготовки, D — её диаметр). Условие ортогональности: режущая кромка перпендикулярна вектору скорости.

3. Сверление

Наиболее частая операция отверстий. Инструмент — спиральная сверла с двумя главными режущими кромками. Подача на оборот f делится пополам на каждую кромку (f/2).

Несрезаная толщина и ширина:

t₁ = (f/2)·sin ψ, w = r·cos β / cos ψ

где r — радиус точки на кромке, D — диаметр сверла, β — полуугол вершины, ψ — спиральный угол.

Параметры сильно меняются по длине кромки; расчёты ведут для средней точки. Силы сводятся к крутящему моменту M и осевой силе F. Ценцевая кромка работает как клинь, её вклад в момент мал, в осевую силу — значителен.

4. Фрезерование

Самая универсальная операция, особенно для деталей без вращательной симметрии. Фреза имеет много зубьев. Вал (шпонка) держит фрезу.

Виды: горизонтальное (ось фрезы горизонтальна) и вертикальное (ось вертикальна). При горизонтальном: противоборное (up milling) и по ходу (down milling). Противоборное безопаснее, по ходу — лучшая чистота и долговечность. Шевронные зубья смягчают захват.

При вертикальном фрезеровании ось перпендикулярна заготовке. Кинематика образования стружки при прямозубых фрезах — ортогональная. Подача на зуб: f_з = f / (N·Z) (N — об/мин, Z — число зубьев).

Производительность на единицу ширины: f·d. Толщина несрезанного слоя растёт от нуля к максимуму у поверхности. Средняя толщина ≈ половина максимума. Средние силы F_C и F_T вычисляют по этой толщине. Момент на вал от одного зуба: M = F_C·(d/2).

Суммарный момент зависит от угла захвата β и шага зубьев 2π/Z. Три случая: β < 2π/Z, β = 2π/Z, β > 2π/Z. Прямозубые фрезы дают резкие скачки момента — вибрации. Шевронные фрезы обеспечивают плавный захват и гладкий момент.