Высокоскоростные методы обработки

Методы высокоскоростной обработки (ВСО) рассматривается непосредственно после фрезерования, поскольку они нашли практическое применение только при нем.

Теоретическим обоснованием ВСО являются так называемые кривые Соломона, которые показывают снижение сил резания в некотором диапазоне скоростей (рис. 11.55). Однако наиболее существенным фактором для реализации ВСО является перераспределение теплоты в зоне резания. При небольших сечениях среза в заштрихованном диапазоне скоростей основная теплота концентрируется в стружке, не успевая переходить в заготовку. Именно этот эффект позволяет обрабатывать закаленные стали, не опасаясь отпуска поверхностного слоя.

Рис. 11.55. Зависимость сил резания Рр от скорости резания Vp

Отсюда следуют основные принципы ВСО: малое сечение среза, снимаемое с высокой скоростью резания, и высокие обороты шпинделя. Тем не менее главный эффект заключается не в сокращении машинного времени за счет интенсификации режимов резания, а в общем упрощении и сокращении производственного процесса и в повышении качества обработки.

Применение ВСО оправданно только при условии оптимального сочетания всех составляющих факторов, участвующих в этом процессе: высокоскоростной станок с системой управления, специальный режущий инструмент, вспомогательный инструмент с системой закрепления, алгоритмы программирования траекторий движения инструмента, квалификация технолога-программиста и оператора станка с ЧПУ.

Современный станок для ВСО имеет скорость вращения шпинделя 20–40 тыс. об/мин (и даже более) и оснащен средствами его температурной стабилизации. Станки отрабатывают малые перемещения (5–20 мкм) и имеют повышенную жесткость и температурную компенсацию. В связи со снижением сил резания в процессе ВСО на первый план выходят другие факторы, например необходимость существенного ограничения неуравновешенных моментов инерции вращающихся частей. Именно поэтому ВСО трудно использовать для токарной обработки, поскольку массы и моменты инерции вращающихся частей при съеме стружки с детали непрерывно изменяются. Потенциально этот недостаток можно обойти, если добиться управляемой компенсации изменения моментов инерции вращающихся частей за счет изменения конструкции привода и шпинделя. Наиболее стабильны (и минимальны) моменты инерции (в системе шпиндель – инструмент) при работе пальцевыми фрезами. Другие важные факторы, ограничивающие использование ВСО, – это биение фрезы и вибрации. Биение сильно влияет на износ подшипников шпинделя станка и инструмента. Поэтому для работы на режимах ВСО требуются особо высоко сбалансированные фрезы.

Как показали многочисленные исследования, наибольшая стойкость инструмента наблюдается не при традиционном способе охлаждения жидкостью, а при использовании обдува. Объясняется это тем, что тепловая энергия концентрируется в стружке, и, следовательно, ее надо быстро удалить из зоны резания.

Методы обработки на строгальных и долбежных станках

Строганием называется технологический метод обработки плоских поверхностей заготовок строгальным резцом (инструментом, имеющим единственную режущую кромку), характеризуемый прямолинейным движением резания и прямолинейным прерывистым движением подачи.

Заготовки обрабатывают строганием в горизонтальном положении на поперечно- и продольно-строгальных станках.

Метод широко применяют при изготовлении небольшого числа деталей в основном в инструментальных цехах. Такая обработка связана с удалением с заготовки больших объемов металла. По сравнению с другими технологическими методами формообразования строгание экономически более выгодно вследствие простоты конструкции и малой стоимости режущего инструмента.

Строганием образуют (рис. 11.56) вертикальные 1, горизонтальные 2 и наклонные 3 поверхности, уступы 7, пазы 5, канавки 4 и реже криволинейные поверхности 6.

Рис. 11.56. Типовые поверхности, получаемые при строгании:

1 – вертикальные; 2 – горизонтальные; 3 – наклонные; 4 – канавки; 5 – пазы; 6' – криволинейные поверхности; 7 – уступы

Процесс резания при строгании прерывистый. Снятие стружки происходит только во время прямого (рабочего) хода. При обратном (холостом) ходе резец работу резания не производит, что способствует его охлаждению. При строгании плоскости (рис. 11.57, а) заготовке и инструменту сообщаются два согласованных между собой движения – резания в горизонтальной плоскости Vp и движение подачи Sп.

Движение подачи происходит в тот момент, когда инструмент находится в крайнем правом положении и не касается заготовки. Глубина резания t – наибольшее расстояние, на которое проникает режущая кромка в заготовку, измеряется в плоскости, перпендикулярной направлению подачи.

Рис. 11.57. Схемы строгания (а) и долбления (б):

t – глубина резания, l – длина обрабатываемой поверхности

Продольно-строгальные станки предназначены для обработки внешней плоскости или поверхностей сечения крупных заготовок. К ним относятся станки, в которых инструмент неподвижен, а стол, на котором установлено обрабатываемое изделие, совершает возвратно-поступательные перемещения в плоскости. Типичный двухстоечный продольно-строгальный станок с указанием основных узлов показан на рис. 11.58.

Рис. 11.58. Двухстоечный продольно-строгальный станок:

1 – станина; 2 – направляющая; 3 – стол; 4 – стойка; 5 – поперечина; 6 – верхний суппорт; 7 – перекладина; 8 – подвесной пульт управления; 9 – боковой суппорт

Основными параметрами станков являются наибольшая длина (ход стола) и ширина строгания, максимальная высота подъема поперечины. В современных станках длина строгания достигает 25 м, ширина – 5 м, высота подъема поперечины – 4,5 м. Движение резания сообщается заготовке, закрепленной на столе станка.

Поперечно-строгальные станки в отличие от продольнострогальных работают по методу, при котором обрабатываемая деталь неподвижна, а главное возвратно-поступательное движение совершает резец. Вылет державки ограничивает его ход, поэтому такие станки используют для обработки деталей небольших размеров.

Общий вид поперечно-строгального станка и его основные узлы и движения показаны на рис. 11.59.

Рис. 11.59. Поперечно-строгальный станок и его узлы:

1 – стол; 2 – суппорт; 3 – поперечина; 4 – ползун; 5 – станина

Заготовку закрепляют на столе 1, во время рабочего хода резца она неподвижна. Резцу главное возвратно-поступательное движение сообщает ползун 4, который движется но направляющим станины 5.

Периодически (при каждом обратном ходе ползуна) стол может перемещаться в поперечном (горизонтальном) направлении по направляющим поперечины 3 или вместе с поперечиной вертикально по станине. Также периодически можно перемещать в вертикальном направлении суппорт 2 с резцом.

Основным параметром этих станков является наибольшая длина хода ползуна 200–1000 мм.

Долблением называется технологический метод обработки резанием, при котором инструмент (долбяк), совершая прямолинейные возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости, перпендикулярной поверхности стола, срезает обрабатываемый материал заготовки.

Долбление – достаточно точная операция при обработке материалов и требующая значительного усилия, поэтому для ее проведения применяют вертикально-долбежные станки. Характер движений у них (см. рис. 11.57, б) такой же, как у поперечно-строгальных, поэтому их иногда называют вертикально-строгальными. Главный вид движения Vp и Vx (возвратно-поступательный) осуществляет резец в вертикальной плоскости, а движение подачи Sп – заготовка в горизонтальной плоскости. У долбежных станков наибольший ход долбяка 100–1600 мм, диаметр стола 240–1600 мм.

Основными узлами долбежного станка (рис. 11.60) являются станина 1 коробчатой формы, на которой установлена вертикальная колонка 6. По ее вертикальным направляющим перемещается ползун 5, в нижней части которого закреплен резцедержатель 4 с долбяком 3. Обрабатываемую деталь крепят на столе 2, который получает круговое, продольное и поперечное движения. Это позволяет обрабатывать с одной установки несколько заготовок, собранных в пакет, при этом можно накладывать на верх пакета обработанную заготовку, которая служит шаблоном при обработке последующих.

Рис. 11.60. Долбежный станок:

1 – станина; 2 – стол; 3 – долбяк; 4 – резцедержатель; 5 – ползун; 6 – вертикальная колонка

Вертикальная компоновка узлов долбежного станка, помимо того, что занимает небольшую производственную площадь, позволяет обрабатывать внутренние фасонные контуры, что на продольно- и поперечно-строгальных станках вызывает затруднения. Долбление применяют для получения канавок, плоских и фасонных поверхностей небольшой высоты, но значительных поперечных размеров, многогранных и неравнобоких поверхностей (сквозных и глухих отверстий и полостей). На рис. 11.61 показаны детали, обработанные на долбежных станках без применения сложных приспособлений.

Рис. 11.61. Детали, обработанные на долбежном станке