1.1 Общие сведения о кинематике резания
Получение требуемой формы заготовки в процессе резания реализуется за счет контакта инструмента и заготовки при их относительном движении. Относительное движение необходимо,
во-первых, для обеспечения формообразования любым из трех методов (рис. 1).
Точечное формообразование (а), когда обработанная поверхность образуется за счет суммарного перемещения формообразующей точки инструмента по координатам v и u.
Линейное формообразование (б), когда формообразующая режущая кромка инструмента является копией образующей u и перемещается по направляющей v.
Смешанное формообразование (в), когда обрабатываемые одним инструментом поверхности заготовки образуются и первым, и вторым методами.
Образующая u и направляющая v - параметры криволинейной системы координат, в которой можно представить обработанную поверхность любой формы (рис. 2).
Во-вторых,
относительное движение инструмента и заготовки необходимо для обеспечения процесса срезания припуска (стружкообразования). В большинстве случаев рассматривают главное движение (DГ), обеспечивающее скорость резания V, и движение подачи DS, характеризуемое подачей S (рис. 3). Движение DГ, как правило, характеризуется многократно большей скоростью резания V, чем величина подачи S.
1.2 Поперечное сечение среза, технологический режим и режим резания
Для оценки силовых и тепловых явлений при резании используется понятие поперечного сечения срезаемого слоя (сечение среза), представленное физическими элементами - толщиной среза a и шириной среза в. Сечение среза рассматривают при мысленном разнесении профиля режущих кромок инструмента в плане на расстояние, соответствующее перемещению лезвия в направлении движения подачи за 1 цикл резания (например, за один оборот заготовки). Чем больше площадь сечения среза, тем больше энергии необходимо затратить на процесс резания. На рис. 4 рассмотрен случай свободного резания (а - свободное прямоугольное резание, б - свободное косоугольное резание), когда в процессе резания принимает участие одна режущая кромка [3, c.22-28].
а и b являются параметрами режима резания. Однако управление ими производится за счет технологического режима (подача S и глубина резания t), параметры которого легко устанавливаются органами управления станка и не зависят от конфигурации заготовки и конструкции инструмента. Взаимосвязь между физическими и технологическими параметрами устанавливается через угол в плане инструмента (рис. 4):
а = S sin ; b = t / sin
Площадь поперечного сечения срезаемого слоя: а b = S t.
Наиболее часто на практике приходится сталкиваться с несвободным резанием (рис. 5), когда обработанная поверхность формируется несколькими режущими кромками.
Для несвободного резания произведение a b = S t дает площадь номинального сечения среза ABCD. Термин “номинальное” означает, что в качестве обработанной поверхности рассматривается номинальная поверхность без учета микронеровностей профиля. В действительности поперечное сечение среза, удаляемое резцом, соответствует фигуре ABED. При этом часть номинального сечения BCE не удаляется резцом с поверхности, а формирует ее микропрофиль. Фигура ABED - действительное сечение среза, фигура BСE - остаточное сечение среза.
Анализ показывает, что при отношении t / S > 5 и при углах в плане < 600 за действительную площадь среза в силовых, тепловых и подобных им расчетах может быть принята номинальная площадь среза: FABED FABCD при t / S > 5 и < 600.
Наряду с площадью срезаемого слоя для энергетической оценки процесса резания рассматривается параметр скорость резания V. Таким образом a, b, V составляют физические параметры режима резания. Скорость резания V зависит от диаметра вращающейся заготовки (или вращающегося инструмента), поэтому в качестве технологического параметра для оценки V используется частота вращения шпинделя n, задаваемая станку в процессе резания
где d (мм) - диаметр вращающейся заготовки или вращающегося инструмента.
Итак, для оценки физических явлений в процессе резания используются параметры режима резания толщина среза a (мм), ширина среза b (мм), скорость резания V (м/мин или м/с). Для управления ими используются параметры технологического режима, задаваемые в металлорежущей системе и проставляемые в технологических картах обработки: частота вращения шпинделя n (об/мин), глубина резания t (мм), подача S. Причем подача в зависимости от типа металлорежущей системы может задаваться одним из трех параметров: S0 (мм/об) - подача на один оборот вращающейся заготовки или вращающегося инструмента (подача на оборот);
SZ = S0 / Z (мм/зуб) - подача на один зуб вращающегося инструмента (подача на зуб), где Z - число зубьев инструмента; SМ = S0 n = SZ Z n (мм/мин) -величина подачи за одну минуту (минутная подача).
1.3 Виды обработки резанием
Обработка резанием подразделяется на лезвийную (с определенной геометрией резания) и абразивную (с неопределенной геометрией). Абразивная обработка используется в качестве завершающих операций технологического процесса, лезвийная применяется на всех его стадиях. Виды лезвийной обработки многообразны, отличаются широким разнообразием применяемого металлорежущего инструмента. Инструмент представляет собой технический объект, состоящий из рабочей части, отвечающей за выполнение процесса резания, и присоединительной части, обеспечивающей базирование и закрепление инструмента на станке.