Кинематический подход к описанию способов обработки резанием основан на рассмотрении принципиальных кинематических схем. Принципиальные ки­нематические схемы способов обработки характеризуют относительные дви­жения инструмента и обрабатываемой заготовки в системе координат X, У, Z и позволяют обобщить определения различных способов обработки резанием [27]. При этом различают движение резания, движение подачи и перемещение (движение) стружки.

Движение резания — это такое относительное движение детали и инстру­мента, которое без движения подачи осуществило бы только однократный съем срезаемого слоя за один оборот или ход [27].

Движение подачи совместно с движением резания обеспечивает много­кратный или постоянный съем срезаемого слоя в течение нескольких оборотов или ходов.

Движения резания и подачи показаны на принципиальной кинематической схеме в системе декартовых координат XYZ (рис. 1.1). При этом одной принци­пиальной кинематической схеме может соответствовать несколько способов обработки, отличающихся друг от друга не кинематическими, а какими-либо другими признаками. В частности, одной схемой могут быть охарактеризованы продольное точение, растачивание, сверление, зенкерование, развертывание.

Под точением обычно имеют в виду обработку с замкнутым (чаще всего кру­говым) движением резания и любым движением подачи в плоскости, перпен­дикулярной направлению движения резания [100].

При движении подачи вдоль оси вращения детали точение называют продольным. Обработанная поверхность в этом случае представляет собой цилиндр.

При поперечном (торцовом) точении движение подачи перпендикулярно оси вращения, при наружной токарной обработке конических поверхностей направление подачи составляет с осью вращения постоянный угол. При токар­ной обработке фасонных поверхностей этот угол изменяется.

Вектор скорости резания v в действительности направлен по оси Z вниз. На рис. 1.1, а показано противоположное направление — по оси Z вверх. Это допустимо, так как рассматривается относительное движение ‘детали и ин­струмента. В данном случае вектор v, направленный вверх по оси Z, указывает
относительное движение резца при условно неподвижной детали. В дальней­шем этот прием будет использоваться при необходимости.

К обработке отверстия с замкнутым круговым движением резания и дви­жением подачи в направлении оси вращения (рис. 1.2) могут быть отнесены сверление, зенкерование, развертывание, растачивание цилиндрических по­верхностей. При этом скорости движения резания и подачи перпендикулярны.

В этих случаях несколько различных способов обработки имеют одну и ту же принципиальную кинематическую схему.

Это означает, что они в принципе могут быть осуществлены на одном и том же металлорежущем станке. Различаются эти способы только по признакам конструкции режущего инструмента (резец, сверло, зенкер, развертка).

Обработку инструментом, которому сообщается вращательное движение резания при любых направлениях подачи в плоскости, перпендикулярной оси вращения [27] (рис. 1.3), называют фрезерованием.

Из различных способов фрезерования наиболее распространены фрезе­рование периферийное или цилиндрическое, осуществляемое цилиндриче­скими фрезами, торцовое, осуществляемое торцовыми (торцово­цилиндрическими, торцово-коническими и др.) фрезами и др.

Угол между скоростью резания v и подачей S является угловой координа­той, характеризующей положение зуба, и называется углом контакта.

Особенностью процессов фрезерования в сравнении с выше рассмотрен­ными способами точения и сверления является переменность угла 6. Напри­мер, при торцовом фрезеровании, при фрезеровании концевыми фрезами угол 0 может изменяться в процессе обработки от 0 до 180°. Способы лезвийной обработки с изменяющимся углом 0 между скоростью резания v и подачей S относят к нестационарному резанию. Это связано с изменением нормальной (к скорости резания) составляющей подачи Se, влияющей на толщину срезаемого слоя.

При строгании имеет место прямолинейное возвратно-поступательное движение резания и дискретное прямолинейное движение подачи, осуществ­ляемое в направлении, перпендикулярном главному движению (рис. 1.4).

При протягивании (рис. 1.5), нарезании резьбы, зубообработке съем метал­ла обеспечивается за счет относительного смещения различных режущих кро­мок (зубьев). В этих случаях имеет место «скрытая» или «конструктивная» подача.

По аналогии с вышеописанным могут быть охарактеризованы и другие спо­собы лезвийной, а также абразивной обработки резанием (способы шли­фования).

Способы шлифования достаточно разнообразны. Процесс шлифования ха­рактеризуется весьма малыми значениями толщины слоя, срезаемого каждым зерном. Однако благодаря одновременному участию в процессе шлифования большого числа абразивных зерен может быть достигнута относительно высо­кая производительность резания и небольшая шероховатость обработанной поверхности.

Абразивная обработка существенно расширяет технологические возможно­сти формообразования резанием. Это относится к окончательной обработке деталей с высокими требованиями к точности и шероховатости, прошедших термическую обработку и имеющих высокую твердость. Например, при шлифо­вании сравнительно легко можно обеспечить допуск до 0,5 мкм по некруглости, до 4 мкм по точности сопряжения. При обычном шлифовании достигается ше­роховатость поверхности Ra=0,63-1,25 мкм (7-8 класс), при тонком шлифова­нии — Ra=0,16—0,32 мкм (9-10 класс), а при отделочных операциях (притирке, доводке, хонинговании, полировании, суперфинишировании) — Ra = 0,04- -0,08 мкм (11-12 класс) и выше [82]. В машиностроении станки для абразив­ной обработки составляют примерно пятую часть всех металлорежущих станков, а в некоторых отраслях еще выше (например, в подшипниковой промышленности до 60 %),

По форме обрабатываемых поверхностей различают шлифование: плос­кое, круглое, винтовых поверхностей (резьбы), зубчатых колес, профильное, копировальное и вручную. По расположению рабочей поверхности шлифо­вального круга различают периферийное и торцовое шлифование, а по виду движения подачи — продольное или врезное. По способу крепления детали различают шлифование с закреплением детали и бесцентровое [100].

Кинематические характеристики процессов шлифования. Для характери­стики кинематики шлифования используется большое число факторов (рис. 1.6).

При наружном круглом шлифовании используются: ширина шлифовального круга Вкр; ширина контакта шлифовального круга Ьк;

скорость резания или окружная скорость шлифовального круга, м/с:

_ гсЦфАф ф 60000 ’

где DKp — диаметр круга, мм; лкр — частота вращения круга, об/мин; окружная скорость детали или скорость круговой подачи, м/мин:

1000

где Da — диаметр детали, мм; п6 — частота вращения детали, об/мин; продольная подача круга (или детали) на один оборот детали, мм/об:

где Ut — скорость продольной подачи, мм/мин;

поперечная подача врезания круга на один оборот детали, мм/об:

где ир — скорость поперечной подачи (врезания), мм/мин.

Обработка абразивными кругами применяется не только для формообра­зования, но и для разделения. Примерами являются абразивная отрезка прут­кового материала, труб, профилей, удаление прибылей, раковин на отливках и др.

При наружном круглом продольном или врезном шлифовании поперечная подача на один оборот детали является также глубиной врезания, т. е. Sp = е. Глубина резания измеряется в направлении, перпендикулярном рабочей плос­кости, т. е. t = St. Если рабочая ширина круга больше подачи S,, то вычисляют коэффициент перекрытия при шлифовании Kb= b/St.

Для характеристики производительности шлифования и износа шлифо­вального круга используют следующие показатели: объем снятого материала V (мм3) и удельный объем снятого материала V (мм3/мм), объемный износ шли­фовального круга Vkp (мм3), коэффициент абразивной способности G=V/VKp объемную производительность Z (мм3/с) и удельную объемную производитель­ность Z'(mm3/(mmc)).

При наружном круглом продольном шлифовании (см. рис. 1.6) объемную производительность вычисляют по формуле

z=eS^103 (15)

60

Удельную объемную производительность (производительность резания) относят к единице ширины шлифовального круга.

Отношение скоростей круга и деталей называют коэффициентом скоростей [82,100]

При скоростном шлифовании g = 60 — 80.

Способы абразивного отрезания различаются движениями подачи инстру­мента (или детали). Наиболее простым по кинематике является отрезание при неподвижной детали.’ При этом отрезной круг вращается и перемещается в направлении нормали к скорости резания (рис. 1.7) или в направлении самой скорости (рис. 1.8).

Подача может осуществляться и за счет перемещения детали. При непод­вижной детали и подаче круга по нормали к скорости резания (см. рис. 1.7) обеспечивается наибольшая площадь контакта абразивного круга с деталью. Этой схеме соответствуют высокая производительность, но и более высокие температуры, вследствие чего возможно появление прижогов на обработанной поверхности.

При подаче круга в направлении скорости резания (см. рис. 1.8) площадь контакта круга с деталью вдвое меньше. При этом соответственно снижаются силы и температура шлифования.

Схема абразивного отрезания при возвратно-поступательном движении де­тали (или инструмента) отличается от схемы с подачей в направлении скорости тем, что съем металла по высоте детали Н разбивается на интервалы, равные глубине врезания е. Для обеспечения глубины врезания при каждом реверсе детали (или инструмента) осуществляется вертикальная подача круга Sp/2=e (рис. 1.9).

При такой схеме площадь контакта круга с деталью еще меньше, что при­водит к снижению сил и температуры шлифования. Уменьшение глубины вре­зания позволяет применять большие тангенциальные подачи.

Однако производительность отрезки достигается более низкая, чем в пер­вых двух случаях.

При отрезке круглых деталей (прутков) возвратно-поступательное движе­ние детали может быть заменено вращательным.