Лабораторный практикум по дисциплине «Процессы формообразования и инструменты». часть I (стр. 1 )

П. В. Ольштынский,

Лабораторный практикум

по дисциплине

«процессы формообразования

и инструменты»

часть I

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

,

Лабораторный практикум по дисциплине

«ПРОЦЕССЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

И ИНСТРУМЕНТЫ»

ЧАСТЬ I

Учебное пособие

РПК «Политехник»

Волгоград

2006

УДК 621.911 + 621.9.02] (075.3)

0-56

Рецензенты: ,

, Ольштынский практикум по дисциплине «Процессы формообразования и инструменты». ЧАСТЬ 1: Учеб. пособие / ВолгГТУ. - Волгоград, 20с.

ISBN -4

Излагаются краткая теория и методика выполнения лабораторных работ по основным темам курса «Процессы формообразования и инструменты».

Предназначено для студентов специальности 151001.51 «Технология машиностроения» среднего профессионального образования, а также может быть полезно для студентов вузов, обучающихся по специальностям 151001.65, 151002.65.

Ил. 54. Табл.8. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

ISBN -4 Ó Волгоградский

государственный

технический

университет, 2006

Павел Васильевич Ольштынский

Сергей Николаевич Ольштынский

Лабораторный практикум по дисциплине

«ПРОЦЕССЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И ИНСТРУМЕНТЫ».

ЧАСТЬ I

Учебное пособие

В авторской редакции

Темплан 2006 г., поз. № 1

Лицензия ИД № 000 от 01.01.01 г.

Подписано в печать г. Формат 60×84 1/16.

Бумага листовая. Печать ризографическая.

Усл. печ. л. 5,0. Усл. авт. л. 4,63.

Тираж 75 экз. Заказ №

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. , 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

ВВЕДЕНИЕ

Студенты среднетехнического факультета специальности “Технология машиностроения”, “Оборудование машиностроительного производства”, “Технологическая оснастка”, “Проектирование и производство металлорежущего инструмента” повсеместно сталкиваются с решением вопросов проектирования технологических процессов обработки деталей, конструированием технологической оснастки, режущих инструментов и т. п. Решение этих задач невозможно без освоения дисциплины “Процессы формообразования и инструменты”.

Настоящий лабораторный практикум состоит из 2 частей и включает комплекс лабораторных работ, охватывающих важнейшие разделы курса. В руководстве определены цель, содержание и порядок выполнения каждой лабораторной работы, указан перечень необходимого лабораторного оборудования, приборов, инструментов и соответствующих материалов. Особое внимание уделяется технике безопасности при выполнении работ.

Цель лабораторных работ - закрепление и углубление знаний, полученных студентами при теоретическом изучении материала, приобретение практических навыков при исследовании физических явлений, сопровождающих процесс резания, а также практическое знакомство с типами металлорежущего инструмента, его конструктивными и геометрическими элементами.

В первой части пособия студенты на практике знакомятся с кинематикой резания при точении, исследуют процесс деформации и усадки стружки, температурные явления в зоне резания, износ инструмента и возникающие силы резания при точении, определяют влияние условий резания на эти явления, изучают кинематику резания при сверлении и конструкции фрез общего назначения.

Лабораторная работа планируется при одновременном участии 10-15 студентов, которые разбиваются на подгруппы в количестве 3-4 человек, выполняющих различные работы. Это позволяет студентам проявить самостоятельность и высокую активность при выполнении лабораторной работы. Завершающим этапом выполнения лабораторной работы является составление отчета каждым студентом и его защиты у преподавателя.

1. Лабораторная работа № 1

Кинематика резания при точении

1.1. Цель работы

1.1.1. Закрепление терминов, определений и понятий, составляющих основу кинематики процесса резания при точении.

1.1.2. Изучение конструктивных и геометрических элементов различных типов токарных резцов.

1.1.3. Изучение конструкции измерительных приборов и приемов работы при измерении геометрических и конструктивных параметров токарных резцов.

1.1.4. Рассмотрение причин изменения геометрических элементов режущей части резца в процессе резания.

1.2. Теоретическая часть

Обработка резанием заключается в срезании с обрабатываемой заготовки некоторой массы металла, специально оставленной на обработку и называемой припуском. Для этого инструменту и заготовке сообщают движения с определенными направлениями и скоростями. Количество движений, с помощью которых происходит формообразование поверхности, бывает различно. Сочетание движений, сообщаемых механизмом станка в процессе резания инструменту и заготовке, представляет собой принципиальную кинематическую схему резания. При механической обработке наибольшее распространение получили кинематические схемы с одним прямолинейным движением и одним вращательным движением.

Наибольшее распространение при формообразовании поверхностей получила токарная обработка (точение с помощью резцов).

К видам точения можно отнести: растачивание - обработка внутренних поверхностей; подрезание - обработка плоских (торцевых) поверхностей; разрезание - разделение заготовок на части.

Формообразующими движениями при точении являются вращательное движение заготовки и поступательное движение инструмента - резца. Движение подачи осуществляется парал­лельно оси вращения заготовки (продольное движение подачи), перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечное движение подачи), под углом к оси вращения заготовки (наклонное движение подачи).

На токарных станках обрабатывают, как правило, детали типа тел вращения, к которым относятся гладкие и ступенчатые валы (рис. 1.1а, б), зубчатые колеса (рис. 1.1в), втулки (рис. 1.1г), крышки (рис. 1.1д) и др.

а)	б)
в)	г)	д)
Рис. 1.1. Виды заготовок, обрабатываемых на станках резцами

Схемы основных видов обработки поверхностей, показанные на рис. 1.2, являются типовыми, так как их можно реализовать на универсальных токарных станках, полуавтоматах, автоматах и станках с ЧПУ. Обработка поверхностей осуществляется с продольными или поперечными движениями подачи (рис. 1.2а).

Формообразование поверхностей при обработке с продольным движением подачи осуществляется по методу следов, а при обработке с поперечным движением подачи - в основном по методу копирования.

а)	б)	в)
Рис. 1.2. Виды работ, выполняемые резцами
г)	д)	е)
ж)	з)	и)
к)	л)
Продолжение рис. 1.2. Виды работ, выполняемые резцами

Перемещения инструментов в направлениях движения подачи зависят от типа станка и управления или осуществляется вручную (на универсальных станках), от кулачков и копиров (на полуавтоматах и автоматах) или по управляющим командам программы системы ЧПУ станка.

Наружные цилиндрические поверхности обтачивают прямыми (рис. 1.2а) или упорными проходными резцами (рис. 1.2б).

Наружные (рис.1.2в) и внутренние резьбы нарезают резьбовыми резцами, форма режущих кромок которых определяет профиль нарезаемых резьб.

Точение длинных пологих конусов (2a=8-10°) производят смещая в поперечном направлении корпус задней бабки относительно основания (рис. 1.2г) или используя специальное приспособление - конусную линейку.

При обработке конических поверхностей на станках с ЧПУ продольное и поперечное движение суммируется автоматически.

Сквозные отверстия на токарно-винторезных станках растачивают проходными расточными резцами (рис. 1.2д, е).

С поперечным движением подачи на токарно-винторезных станках обтачивают кольцевые канавки (рис. 1.2ж) прорезными резцами, фасонные поверхности (рис. 1.2з) фасонными стержневыми резцами, короткие конические поверхности-фаски (рис. 1.2и) - широкими резцами, у которых главный угол в плане равен половине угла при вершине конической поверхности. Отрезка деталей от заготовки выполняется отрезными резцами с наклонной режущей кромкой (рис. 1.2к), что обеспечивает получение торца у готовой детали без остаточного заусенца. Подрезание торцов выполняется специальными подрезными резцами (рис. 1.2л).

Обтачивание наружных и растачивание внутренних конических поверхностей средней длины (рис. 1.2м) с любым углом конуса при вершине на токарно-винторезных станках производят с наклонным движением подачи резцов, при повороте верхнего суппорта. На токарно-винторезных станках обработку отверстий выполняют сверлами, зенкерами и развертками. В этом случае обработку ведут с продольным движением подачи режущего инструмента.

Многие способы обработки металлов резанием предусматривают применение режущих инструментов, работающих по принципу резца. В основу обработки резцом положена работа режущего клина, поэтому режущая часть резца и представляет собой режущий клин. Основные части резца, режущие кромки и поверхности головки резца показаны на рис. 1.3.

Резец состоит из двух основных частей: режущей I, которая является рабочей частью с режущими кромками и тела II, служащего для закрепления резца в специальной державке или резцедержателе станка.

На режущей части резца различают следующие элементы. Передняя поверхность 1, по которой сходит стружка. От ее правильного наклона в значительной степени зависит успех работы резца.

Главная задняя поверхность 3, обращена к обрабатываемому изделию в направлении подачи.

Рис 1.3. Конструктивные параметры резца: а - проходной прямой; б - отрезной

Вспомогательная задняя поверхность 5, обращена к обрабатываемому изделию в направлении, противоположном направлению подачи. Вспомогательных задних, поверхностей может быть несколько, например, две у отрезного резца (см. рис. 1.3б).

Главная режущая кромка 2 образуется пересечением передней и главной задней поверхностями и выполняет основную работу резания. Вспомогательная режущая кромка 6, образуется пересечением передней и вспомогательной задней поверхностями и осуществляет вспомогательное резание.

Вершиной резца 4 является место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок. Вершина резца может быть острой, но обычно ее закругляют для большей стойкости резца, а также для повышения чистоты обработанной поверхности.

1.3. Классификация резцов

Резцы классифицируют по следующим признакам:

1)  по типу станков - токарные, строгальные, долбежные, автоматные и др. (рис. 1.4);

2)  по направлению движения подачи - правые и левые (рис. 1.5);

3) по материалу режущей части - быстрорежущие, твердосплавные, металлокерамические, алмазные и др;

4) по конструкции головки - прямые, отогнутые, изогнутые, оттянутые (рис. 1.6);

а) б) в)

Рис. 1.4. Классификация резцов по типу станков: а - токарные, б - строгальные, в - долбежные

Рис. 1.5. Классификация резцов по направлению движения подачи

5)  по виду обработки - проходные, проходные упорные, подрезные, отрезные, расточные (для глухих и сквозных отверстий), резьбовые и др.;

6)  по характеру обработки - обдирочные (черновые), чистовые и резцы для тонкого точения;

7)  по способу изготовления - цельные, составные, сборные (рис. 1.7).

а) б) в) г)

Рис. 1.6. Классификация резцов по форме головки: а - прямые, б - отогнутые, в - изогнутые, г - с оттянутой головкой

Рис. 1.7. Классификация резцов по способу крепления режущей части: а - цельный, б - составной с головкой, в - составной с пластинкой, г - с механическим креплением пластинки

1.4. Поверхности и координатные плоскости резца

Слой металла, срезаемый с заготовки в процессе изготовления детали, называется припуском на обработку. Величина припуска определяется разностью размеров заготовки и обработанной детали.

На обрабатываемой заготовке различают следующие поверхности (рис. 1.8):

1  - обрабатываемая поверхность - поверхность, с которой снимается и превращается в стружку слой металла, оставленный как припуск;

2  - обработанная поверхность - поверхность, полученная после снятия слоя металла, оставленного как припуск;

3  - поверхность резания - поверхность, образуемая на обрабатываемой детали непосредственно режущей кромкой инструмента и являющаяся переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

4  - плоскость резания - плоскость, проходящая через главное режущее лезвие и вектор скорости любой точки (точки А).

5  - основная плоскость - плоскость, перпендикулярная к вектору скорости резания.

Поверхность резания соединяет обрабатываемую и обработанную поверхности.

Рис. 1.8. Поверхности и координатные плоскости

1.5. Геометрические параметры режущей части резца

Геометрию режущего инструмента целесообразно рассматривать двояко:

- как геометрического тела, параметры которого необходимо знать при изготовлении и заточке;

- в процессе резания, когда при неизменной форме инструмента геометрические параметры могут изменяться в зависимости от режима резания и установки инструмента относительно обрабатываемой детали.

Положение передних и задних поверхностей, главных и вспомогательных режущих кромок, образующих режущие элементы (зубья), координируется относительно, корпуса инструмента системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами.

Геометрические параметры, присущие режущим элементам различных инструментов, могут быть рассмотрены на примере проходного токарного резца (рис. 1.9а).

Рис. 1.9. Геометрические параметры резцы

Положение главной и вспомогательной режущих кромок определяется как проекции на основную плоскость. Сечения А-А и Б-Б являются следами соответственно главной и вспомогательной секущих плоскостей. Углы, измеряемые в главной секущей плоскости, называются главными и определяют режущий клин, а во вспомогательной - вспомогательными.

Угол j и j1 называют углами в плане. Главным углом в плане j называется угол, измеряемый в основной плоскости между проекцией на нее вектора скорости подачи и проекцией главной режущей кромки.

Вспомогательным углом в плане j1 называется угол, измеряемый в основной координатной плоскости между проекцией на нее вспомогательной режущей кромки и вектором скорости подачи.

Угол при вершине e - угол между проекциями главного и вспомогательного режущих лезвий на основную плоскость: j+j1+e=180°

Положение передней и главной задней поверхностей определяется главным углом g и главным задним углом a.

Углы a и g измеряются в главной секущей плоскости А-А. Главным передним углом g называется угол между касательной к передней поверхности и плоскости, проходящей через рассматриваемую точку перпендикулярно плоскости резания. Главным задним углом a называется угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания. Угол заострения b и угол резания d так же измеряются в главной секущей плоскости. Угол b измеряется между касательной к передней поверхности и главной задней поверхностью. Угол d измеряется между касательной к передней поверхности и плоскостью резания. a + b + g = 90°, g + d = 90°. Угол наклона главной режущей кромки l измеряется в плоскости резания между главной режущей кромкой и плоскостью, проходящей через вершину резца параллельно основной плоскости. Угол l может иметь нулевое, положительное и отрицательное значение (см. рис. 1.9б). Вспомогательные передние и задние углы измеряются во вспомогательной секущей плоскости Б-Б.

1.6. Кинематические (рабочие) углы резца

Рабочие углы отличаются от статических ввиду того, что плоскость резания, касательная к поверхности резания, в процессе резания не перпендикулярна к основной плоскости по следующим причинам:

1) рассматриваемая точка режущей кромки расположена выше или ниже оси центров либо из-за погрешности установки и закрепления инструмента на станке, либо из-за наличия угла ;

2) поверхность резания не кольцевая поверхность усеченного конуса, а винтовая поверхность;

3) в результате износа контактных поверхностей непрерывно изменяется и положение режущей кромки;

4) при обработке материалов, склонных к наростообразованию, роль режущей кромки выполняет нарост.

Рассмотрим влияние первых двух причин на значения g и a.

Как уже отмечалось, если резец получает движение подачи, то поверхность резания - это винтовая поверхность с шагом, равным подаче, и касательная к ней плоскость резания будет расположена под углом наклона винтовой поверхности. Чем больше отношение S/2, называемое кинематическим параметром обработки, тем больше наклон винтовой поверхности и тем больше изменение рабочих углов gр aр.

На рис. 1.10 представлено действительное положение поверхности резания и касательной к ней плоскости резания А-А с учетом движения подачи при = 90° и = 0° (В-В - положение плоскости резания при отсутствии движения подачи). Как видно, действительное положение плоскости резания ближе к задней поверхности резца, в связи с чем рабочий задний угол будет меньше статического на величину угла (см. рис. 1.10). Изменяется так же положение плоскости С-С, перпендикулярной к плоскости резания в рассматриваемой точке режущей кромки, следовательно изменится и значение рабочего переднего угла .

Таким образом имеем:

,

(1.1)

где и - статические углы резца; - угол наклона траектории точки режущей кромки.

а) б)

Рис.1.10. Изменение углов резца в процессе резания: а) продольное точение; б) поперечное точение

Если развернуть на плоскость окружность вращения и винтовую траекторию точки режущей кромки, то получим треугольник (рис. 1.11), в котором катетами будут подача и окружность вращения, а гипотенузой - винтовая траектория (отрезок архимедовой спирали при поперечном точении). Отсюда:

(1.2)

Если у резца угол 90°, то угол между положениями плоскости резания, измеренный в главной секущей плоскости hj, можно определить по формуле:

(1.3)

Тогда рабочие углы в главной секущей плоскости будут равны:

,	(1.4)
	Рис 1.11. Развертка траектории точки режущей кромки резца

Смещение точки режущей кромки от линии центров (рис. 1.12) может быть вызвано наклонным расположением режущей кромки при 0°, ошибками установки или стремлением улучшить условия резания. Из рисунка видно, что рабочие углы в этом случае изменяются на величину:

при или

при

Тогда с учетом смещения рабочие углы:

и .

С учетом движения подачи и смещения точки режущей кромки, окончательно имеем:

, .

(1.5)

1.7. Методические указания по выполнению работы

Для выполнения работы необходимо иметь два-три комплекта разных типов токарных резцов. Каждый комплект должен содержать следующие основные типы резцов: проходные (правый и левый, прямой и отогнутый), подрезные, отрезные. По конструкции резцы должны быть с напайными пластинками и с механическим креплением пластин.

Конструктивные и геометрические элементы резцов измеряются универсальными и специальными инструментами - штангенциркулем, универсальным угломером и другими измерительными средствами, имеющимися в лаборатории резания.

Передний угол, задние углы, угол наклона главной режущей кромки измеряют настольным угломером.

Настольный угломер (рис. 1.13) состоит из основания 1, стойки 2, по которой перемещается сектор 5 со шкалой, поворотного шаблона с указателем 4 и зажимных винтов 3.

а) б)

Рис. 1.12. Геометрические параметры резца в зависимости от положения его вершины относительно оси центров при: а - наружном точении; б - растачивании

При установке указателя 4 на 0° сектора 5 горизонтальная сторона шаблона расположится параллельно опорной плоскости угломера, на которую устанав­ливаете при измерении резец.

Для измерения переднего угла у (рис. 1.13) резец устанавливается так, чтобы шаблон располагался нормально к проекции главной режущей кромки на основную плоскость (в главной секущей плоскости). Горизонтальная сторона шаблона совмещается без просвета с передней поверхностью лезвия, а указатель отсчитывает по шкале сектора величину угла у.

Для измерения заднего угла a (рис. 1.14) при той же установке резца вертикальная сторона шаблона совмещается без просвета с задней поверхностью лезвия резца. Указатель отсчитывает величину угла а.

Для измерения угла наклона режущей кромки l (рис. 1.15) резец устанавливают так, чтобы горизонтальная сторона шаблона совпала без просвета с главной режущей кромкой.

Углы в плане j и j1 измеряют универсальным угломером. При измерении главного угла в плане j (рис.1.16) планку 1 угломера прикладывают к режущей кромке лезвия, а планку 2 - к боковой стороне резца 3. Показания на шкале угломера дают значения j. Подобным же методом измеряют вспомогательный угол в плане j1.