1.5 Методы образования поверхностей деталей при обработке на металлорежущих станках

Тела деталей машин ограничены реальными геометрическими поверхностями: плоскостями, круговыми и некруговыми цилиндрами, круговыми и некруговыми конусами, линейчатыми, шаровыми и др. поверхностями. Реальные поверхности отличаются от идеальных геометрических поверхностей тем, что имеют в результате обработки микронеровность и волнистость. Но они могут быть получены теми же методами, что и идеальные геометрические поверхности.

Поверхности обрабатываемых деталей можно рассматривать как непрерывное множество последовательных геометрических положений (следов) движущейся производящей линии, называемой образующей, по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для получения плоскости необходимо образующую прямую линию 1 перемещать по направляющей прямой линии 2 (рис. 1.1,а). Цилиндрическая поверхность может быть получена при перемещении образующей прямой линии 1 по направляющей линии – окружности 2 (рис. 1.1,б) или образующей окружности 1 вдоль направляющей прямой линии 2 (рис. 1.1,в). Рабочую поверхность зуба цилиндрического колеса можно получить, если образующую линию – эвольвенту 1 передвигать вдоль направляющей 2 (рис. 1.1,г) или наоборот образующую прямую 1 по направляющей – эвольвенте 2 (рис. 1.1,д).

Рассмотренные поверхности называют обратимыми, так как, если поменять местами образующие линии с направляющими, то форма поверхностей не изменится. При образовании необратимых поверхностей сделать этого нельзя. Например, если левый конец образующей прямой линии 1 перемещать по направлению окружности 2, получится круговая коническая поверхность (рис. 1.1,е). Но если окружность 2 сделать образующей и переместить вдоль направляющей прямой, конус не получится. В этом случае необходимо, чтобы по мере перемещения окружности к вершине конуса изменялся диаметр окружности, достигая в вершине значения, равного нулю. Такие поверхности называют поверхностями с изменяющимися производящими линиями в противоположность поверхностям, у которых производящие линии постоянны (см. рис. 1.1,а-д).

Большинство поверхностей деталей машин может быть образовано при использовании в качестве производящих линий: прямой линии, окружности, эвольвенты, винтовой и ряда других линий. В реальных условиях обработки производящие линии не существуют. Они воспроизводятся комбинацией согласованных между собой вращательных и прямолинейных перемещений режущей кромки инструмента и заготовки. Движения, необходимые для образования производящих линий, называют формообразующими движениями. Они могут быть простыми, состоящими из одного движения, и сложными, состоящими из нескольких простых движений.

Различают четыре метода образования производящих линий: копирования, обката, следа и касания.

Метод копирования основан на том, что режущая кромка инструмента по форме совпадает с производящей линией. Например, при получении цилиндрической поверхности по схеме, показанной на рис. 1.2,а, образующая линия 1 воспроизводится копированием прямолинейной кромки инструмента, а направляющая линия 2 – вращением заготовки. На рис. 1.2,б показан пример обработки зубьев цилиндрической шестерни. Контур режущей кромки фрезы совпадает с профилем впадин и воспроизводит образующую линию. Направляющая линия получается прямолинейным движением заготовки вдоль своей оси. Для обработки впадины необходимы два движения: вращение фрезы и прямолинейное перемещение заготовки. Кроме этого, для обработки последующих впадин заготовка должна периодически совершать поворот вокруг своей оси на угловой шаг.

Метод обката основан на том, что образующая линия возникает в форме огибающей ряда положений режущей кромки инструмента в результате его движений относительно заготовки. Форма режущей кромки отличается от формы образующей линии и при различных положениях инструмента является касательной к ней. На рис. 1.2,в показана схема обработки зубьев цилиндрической шестерни по методу обката. Режущая кромка инструмента имеет форму зуба зубчатой рейки. Если сообщить вращение заготовке и согласованное с ним прямолинейное перемещение рейки вдоль ее оси, как в реечной передаче, то в своем движении относительно заготовки режущий контур инструмента займет множество положений. Их огибающей явится образующая линия в форме профиля впадины колеса. Направляющая линия образуется прямолинейным перемещением инструмента или заготовки вдоль оси колеса.

Метод следа состоит в том, что образующая линия получается как след движения точки - вершины режущего инструмента. Например, при точении образующая 1 (рис. 1.2, г) возникает как след точки А – вершины резца. Инструмент и заготовка перемещаются относительно друг друга таким образом, что вершина А все время касается образующей линии 1. Направляющая линия получается вращением заготовки. При сверлении отверстия (рис. 1.2,д) использован тот же метод.

Метод касания, имеющий место, например, при фрезеровании (рис. 1.2,е), состоит в том, что образующая линия 1 получается как касательная к ряду геометрических вспомогательных линий 3, образованных реальной точкой движущейся режущей кромки инструмента.