ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Обработка металлов резанием предназначена для придания заготовкам необходимой формы, размеров, точности и чистоты поверхности путем снятия припуска режущим инструментом на металлорежущих станках. Припуск - это слой металла, который необходимо уда­лить с заготовки для получения детали в окончательно обработанном виде.

При обработке металлов резанием металлорежущие станки выполняют два основных движения: резание (главное движение) и подачу, при которой происходит перемещение режущего инструмента и обрабатываемой заготовки. В зависимости от вида режущего инструмен­та п движений, а также характера движений обрабаты­ваемого металла различают следующие основные про­несем холодной обработки металлов резанием:

точение (или обточка) - производят на станках то­карной группы, при этом обрабатываемый материал вра­щается (движение резания), а резец движется поступа­тельно вдоль оси (движение подачи);

сверление - выполняют на сверлильных станках; за­готовка неподвижна, а движение резания и движение подачи осуществляются сверлом;

фрезерование- это способ обработки металла, когда режущий инструмент (фреза) получает вращательное движение, а изделие - поступательное в продольном направлении. Фрезерование выполняют на горизонталь­но-фрезерных станках;

строгание - производят на продольно-строгальных станках. Основное движение (возвратно-поступательное, прямолинейное перемещение) совершает заготовка. Дви­жение подачи (прерывистое перемещение резца) происхо­дит перпендикулярно основному движению. На поперечно-строгальных станках основное движение (возвратно- поступательное перемещение) совершает строгальный резец, а движение подачи (прерывистое перемещение, перпендикулярно к основному движению) - заготовка;

шлифование цилиндрических деталей - осуществля­ют на кругошлифовальных станках. Шлифовальный круг совершает вращательное движение, а движение по­дачи (вращательное и возвратно-поступательное) со­вершает заготовка. Шлифование плоских деталей про­изводят на плоскошлифовальных станках, на которых основное движение (вращательное) получает шлифо­вальный круг, а движение подачи (возвратно-поступа­тельное) совершает заготовка.

Рассмотрим параметры, характеризующие работу ре­жущего инструмента (рис. 3.15).

У обрабатываемой де­тали различают обрабатываемую 2 и обработанную 5 поверхности. Поверхность режущего инструмента, по которой сходит стружка, называется передней 3, поверх­ность, обращенная к обрабатываемой стороне детали,— задней 4. Пересечение передней и задней поверхностей образуют режущую кромку или режущее лезвие 1. Угол, расположенный между касательными к этим поверхностям, называется углом заострения. Угол, образованный касательными к задней поверхности режущего ин­струмента и к обработанной

поверхности детали, назы­вается задним углом и обозначается а. Этот угол не­обходим для уменьшения трения задней поверхности режущего инструмента об обрабатываемую деталь.

Перед­ним углом у служит угол, образованный перпендикуляром к поверхности резания и касательной к передней по­верхности режущего инструмента. Передний угол обеспечивает врезание инструмента в изделие и отделе­ние стружки.

В процессе работы режущего инструмента важное зна­чение имеет угол резания б, который образуется между передней поверхностью режущего инструмента и обра­ботанной поверхностью.

От угла резания зависит усилие резания: чем меньше угол, тем меньше усилие.

Как уже отмечалось, процесс резания на металло­режущих станках включает два вида движения: основ­ное и движение подачи. Первое характеризуется скоро­стью резания, а второе - величиной подачи и глубиной резания.

 

а-при точении; б- при сверлении; в-при строгании; 1 — режущее лезвие; а — задний угол; В — угол заострения: v — передний угол; 2 — поверхность обрабатываемая; 3 —передняя поверхность режущего инструмента; 4 — задняя поверхность; 5 — поверхность обработанная

Скоростью резания V называется величина перемеще­ния точки обработки поверхности относительно режуще­го инструмента.

Для станков, у которых главное движение вращатель­ное, скорость резания измеряют в м/мин и определяют по формуле

V= nDn/1000,

где D-диаметр обрабатываемой поверхности или инструмента, мм; n- частота вращения обрабатываемой детали или инструмента, мм.

а) б) в)

Для станков, у которых главное движение возвратно- поступательное, скорость рабочего хода определяют по формуле

V_p = Lp/1000t_p

где L_P — длина хода рабочего стола станка, мм; t"_р — время рабоче­го хода, мин.

6 1

 

3 2

Рис. 3.16.

Токарный резец

1 - передняя поверхность; 2 - глав­ная режущая кромка; 3- главная задняя поверхность; 4- вспомога­тельная задняя поверхность; 5 - вспомогательная режущая кромка; б- вершина

Подача S - это перемещение режущего инструмента или изделия за один оборот шпинделя для станков с вра­щательным главным движением (измеряют в мм/об) или путь перемещения инструмента (мм) за один двойной ход изделия (или инструмента) для станков с возвратно- поступательным главным движением (измеряют в мм/дв. ход).

Глубина резания t есть расстояние между обрабаты­ваемой и обработанной поверхностями (измеряют в мм).

Существуют специальные таблицы для каждого вида обработки, в которых

приведены рекомендуемые значе­ния режимов резания.

Самым простым режущим инструментом является ре­зец. Все другие виды режущего инструмента представ­ляют собой его модификацию. Резец состоит из головки (рабочей части) и тела или стержня, служащего для за­крепления его на станке.

Рабочая часть (рис. 3.16) образована заточкой на од­ном конце стержня резца трех поверхностей: передней 1, задней главной 3 и задней вспомогательной 4. Главная режущая кромка 2, срезающая слой металла образова­на пересечением передней и задней главной поверхно­стей. Вспомогательная режущая кромка 5 образована пе­ресечением передней и задней вспомогательной поверх­ностей. Место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца 6.

По выполняемым операциям металлорежущие станки подразделяют на универсальные, специализированные и специальные. Станки бывают легкие - до 1 т, сред­ние - до 10т и тяжелые, а также нормальной, повышен­ной, высокой и особо высокой точности. Кроме того, станки подразделяются на группы, которые делятся на типы.

Существуют следующие группы металлорежущих станков: токарные, сверлильные и расточные; шлифо­вальные, полировальные и доводочные; комбинирован­ные и специальные; зубо- и резьбонарезные; фрезерные, строгальные, долбежные и протяжные.Ниже приведены типы некоторых групп металлорежущих станков. В то­карную группу входят следующие типы станков: автома­ты и полуавтоматы, одно- и многошпиндельные, револь­верные, сверлильно-отрезные, карусельные и др. В группу сверлильных и расточных станков входят: вертикаль­но-сверлильные полуавтоматы, радиально-сверлильные, расточные, алмазно-расточные, горизонтально-сверлиль­ные, центровочные и др. В группушлифовальных стан­ков входят: круглошлифовальные, внутришлифовальные, плоскошлифовальные, полировальные, притирочные и т. д.

Станки токарной группы предназначены для обра­ботки деталей способом вращения. Режущим инструмен­том является резец. Токарные станки подразделяются на мелкие с высотой центров до 150 мм, средние до З00 мм и крупные свыше 300 мм. Высота центров над станиной определяет радиус обрабатываемой заготовки. Расстоя­ние между центрами позволяет обрабатывать детали оп­ределенной длины.

Распространенным типом станков токарной группы являются токарно-винторезные станки, которые служат для обтачивания наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, растачивания отверстий, под­резания торцов, уступов и нарезания резьбы.

Токарный станок состоит из станины, передней бабки с коробкой скоростей, задней бабки, коробки подач с хо­довым валиком, суппорта с фартуком.

Станина- массивное чугунное основание, на кото­ром закреплены все механизмы станка.

Передняя бабка служит для установки заготовки и со­общения ей вращательного движения. Деталь закрепля­ется в патроне, расположенном на шпинделе. Шпиндель получает вращение от электромотора через коробку ско­ростей, которая служит для регулирования частоты вра­щения шпинделя. Управление коробкой скоростей осу­ществляется при помощи рукоятки.

Задняя бабка предназначена для закрепления в цент­рах длинных деталей, обтачивания конусов и установки некоторых режущих инструментов.

Механизм подачи служит для сообщения режущем инструменту движения продольной подачи вдоль оси шпинделя и поперечной подачи перпендикулярно к этой оси. При работе механизма подачи движение от шпин­деля через коробку подач передается на ходовой винт, а от него - на суппорт. Суппорт предназначен для уста­новки на нем режущих инструментов (резцов) и переме­щения последних относительно обрабатываемой заго­товки.

Токарно-револьверный станок в отличие от токарно- винторезного предназначен для обработки деталей не­больших размеров.

Передняя бабка не имеет коробки скоростей. На мес­то задней бабки установлена поворотная (револьверная головка), в которой закреплены резцы, метчики и сверла. Такая конструкция позволяет быстро переставлять инст­рументы в резце-держателе, обеспечивать точность их установки и повышать производительность труда токаря.

Для обработки крупных деталей применяют карусель­ные станки. На этих станках деталь крепится на план­шайбе, вращается вокруг вертикальной оси, а резец пе­ремещается относительно заготовки.

Фрезерные станки служат для обработки плоских, призматических и криволинейных поверхностей, для на­резания зубчатых колес, спиральных канавок на режу­щих инструментах (сверла, зенкеры) и т. д.

Наибольшее распространение имеют горизонтально- фрезерные и вертикально-фрезерные станки.

Горизонтально-фрезерный станок состоит из следую­щих основных узлов: станины, консоли, или кронштейна, шпинделя, хобота, стола, коробки скоростей, поперечных салазок и вала привода механизма коробки подач.

Чугунная станина имеет коробчатую форму и пред­назначена для крепления всех частей станка. В верхней части станины расположены горизонтальные направляю­щие хобота. Передняя поверхность станины представля­ет собой точно образованные вертикальные направляю­щие, по которым перемещается консоль. Внутри станины расположены электродвигатель, механизмы подачи и шпиндель. Своей нижней частью станина опирается на фундамент.

Консоль (кронштейн) представляет собой жесткую массивную опору для стола. Консоль отливают из чугуна и тщательно обрабатывают, чтобы она могла легко перемещаться по вертикальным направляющим станины

На верхней части консоли имеются направляющие для салазок, по которым стол перемещается в поперечном направлении.

Стол фрезерного станка служит для перемещения (подачи) обрабатываемой заготовки. Он состоит из верх­него (продольного) стола и салазок поперечного стола.

Салазки перемещаются вместе с продольным столом по направляющим консоли в поперечном направлении при помощи винтового механизма — так осуществляется поперечная подача заготовки. В верхней части салазок имеются продольные направляющие, вдоль которых так­же при помощи винтового механизма перемещается верх­ний (продольный) стол. Для вертикальной подачи, т. е. перемещения заготовки вверх или вниз служит винтовой механизм, при помощи которого передвигается вся кон­соль по вертикальным направляющим станины.

Шпиндель фрезерного станка представляет собой по­лый стальной вал, предназначенный для закрепления фрез и сообщения им вращательного движения. Фреза со шпинделем соединяется при помощи оправок.

Хобот служит для поддержания второго конца фре­зерной оправки, закрепленной в шпинделе. Расстояние фрезы от шпинделя при ее установке зависит от ширины обрабатываемой заготовки. Чтобы закрепить оправку на требуемом расстоянии от шпинделя, следует передвинуть хобот вдоль горизонтальных направляющих станины и закрепить в нужном положении.

Коробка скоростей фрезерного станка позволяет ре­гулировать частоту вращения шпинделя при неизменной скорости вращения вала электродвигателя.

Коробка подач фрезерного станка предназначена для изменения скорости механической подачи стола во всех трех направлениях. Этот механизм расположен внутри консоли станин и состоит из цилиндрических, конических зубчатых колес и кулачковых муфт сцепления. Коробка подач имеет независимое движение, не связанное с дви­жением шпинделя.

У современных фрезерных станков коробка подач по­лучает движение от дополнительного электродвигателя, который обслуживает только механизмы подачи. Через коробку подач вращательное движение может переда­ваться к каждому из трех винтов для осуществления ме­ханической продольной, поперечной и вертикальной по­дач. Комбинируя положение рукояток, можно получить различные скорости подач. Вертикально-фрезерный ста­нок устроен так же, как и горизонтальный.

Горизонтально-фрезерные станки, у которых стол кроме поступательного перемещения в трех направлени­ях может еще поворачиваться на некоторый угол вокруг вертикальной оси, называется универсально-фрезерным.

Для обработки металлических изделий применяют продольные и поперечные строгальные станки. Продоль­но-строгальные станки предназначены для строгания за­готовок больших размеров, например станин станков. Стол таких станков перемещается продольно вместе с за­готовкой (движение резания), а резцы, закрепленные в суппорте, - поперечно (движение подачи).

Основные части продольно-строгального станка: мас­сивная чугунная станина с продольными направляющи­ми и стол, имеющий пазы для закрепления заготовок. Поперечная траверса перемещается по направляющим поверхностям вверх или вниз. На траверсе имеются на­правляющие для суппорта.

Движение от электродвигателя через коробки скоро­стей, ременные передачи, зубчатые передачи и т. д. пе­редается столу и шпинделю.

На продольно-строгальных станках обрабатывают из­делия длиной до 12 м одновременно с трех сторон (верх­ней и двух боковых).

Поперечно-строгальные станки в отличие от продоль­ных имеют небольшие размеры и предназначены для строгания коротких заготовок (не более 600 мм). Стол такого станка вместе с заготовкой перемещается по­перек станины (движение подачи), а ползун с суппортом и резцом - вдоль станины (движение резания).

Кулисный механизм позволяет изменять длину и ско­рость рабочего хода ползуна (резца) и быстро отводить ползун назад (холостой ход).

С коробкой скоростей соединен механизм подачи сто­ла. Подача стола производится посредством зубчатых колес и винтовых пар во время холостого хода ползуна.

Сверлильные станки служат для сверления отверстий в изделиях. Вертикально-сверлильный станок состоит из вертикальной станины, станины, перемещающейся по на­правляющим, а также из стола и шпинделя со сверлом. Для изменения частоты вращения шпинделя служат ступенчатые шкивы или коробка скоростей.

Подача, т. е. вертикально-поступательное перемеще­ние вращающегося шпинделя вместе со сверлом произ­водится при помощи зубчатого колеса и зубчатой рейки вручную или автоматически. Для одновременного свер­ления нескольких отверстий применяют многошпиндель­ные сверлильные станки, в которых одновременно рабо­тает несколько режущих инструментов.

Радиально-сверлильный станок предназначен для об­работки крупных заготовок. Станок имеет массивную цилиндрическую колонну, по которой вверх и вниз пере­мещается траверса, одновременно вращаясь вокруг оси. На траверсе расположены продольные направляющие для передвижения шпиндельной головки с закрепленным в ней сверлом. Благодаря такому устройству сверло пе­ремещается в любом направлении без изменения поло­жения обрабатываемого изделия. Станок снабжен ко­робками скоростей и подач, приводимыми в движение от электродвигателя. Поворот, поднятие и опускание тра­версы осуществляет специальный электродвигатель. Для ручной подачи сверла служит маховик.

Шлифовальные станки подразделяются на плоско- и кругло-шлифовальные. Эти станки предназначены для снятия небольшого слоя металла особым режущим инструментом - шлифовальным камнем. Благодаря вы­сокой твердости этих камней на шлифовальных стан­ках можно обрабатывать изделия из твердых метал­лов.

При обработке металлов резанием используют стан­ки с автоматической системой управления (програм­мным управлением). Человек участвует только в устра­нении неисправностей: износившегося за смену инстру­мента, в регулировании (наладке) станка и др.

При изготовлении и ремонте пожарной техники об­работка металлов резанием занимает значительное мес­то. На заводах по изготовлению пожарной техники име­ются специальные цехи механической обработки с то­карными, фрезерными и шлифовальными станками. Пожарные части, в которых выполняют техническое об­служивание и ремонт машин и аппаратов пожаротуше­ния, также оснащены комплектом металлорежущих станков.

При обработке металлов резанием следует выполнять правила техники безопасности. Прежде всего необходи­мо привести в порядок рабочее место - убрать посто­ронние предметы и ненужные детали. На рабочем месте могут находиться только заготовки или обрабатываемые детали и необходимый инструмент.

Рабочее место должно быть хорошо освещено, устрой­ства, заземляющие станок, электродвигатель, предохра­нительные ограждения должны быть исправными, тех­ническое состояние станка и электрооборудования отве­чать соответствующим требованиям.

О замеченных неисправностях немедленно сообщить руководителю занятий (начальнику мастерской) и не приступать к работе до их устранения.

Особое внимание надо обращать на надежность за­крепления обрабатываемой детали и режущего инстру­мента, а также на соблюдение технологии при обработ­ке деталей согласно техническим картам.

Во время работы станка запрещается: оставлять без присмотра включенный станок; производить замеры об­рабатываемой детали; смазывать, ремонтировать и про­тирать станок; убирать со станины стружку; передавать или принимать детали через станину станка; снимать и надевать предохранительное ограждение; переключать на ходу скорость станка; тормозить вращающиеся дета­ли станка руками; опираться или садиться на станок и работать в рукавицах.

При появлении в станке посторонних стуков, шумов или других признаков неисправностей немедленно оста­новить станок и доложить об этом руководителю занятия (начальнику мастерской).