Obróbka skrawaniem – charakterystyka procesów toczenia i frezowania
TOCZENIE
Toczeniem nazywamy taki rodzaj obróbki skrawaniem, w którym ruch główny obrotowy wykonuje przedmiot obrabiany napędzany poprzez wrzeciono tokarki (lub stołu w przypadku tokarek karuzelowych), natomiast ruch pomocniczy posuwowy wykonuje narzędzie. Ze złożenia tych ruchów otrzymuje się względne przemieszczenie narzędzia w odniesieniu do powierzchni obrabianej.
1)Klasyfikacja odmian toczenia
Toczenie można podzielić na odmiany, które różnią się kierunkiem realizacji ruchu posuwowego narzędzia oraz kształtem powierzchni obrobionej.
Ze względu na położenie osi obrotowej:
a)Toczenie osiowe (wzdłużne)
b)Toczenie promieniowe (poprzeczne)
W zależności od toczonej powierzchni:
a) Toczenie powierzchni zewnętrznych
b) Toczenie powierzchni wewnętrznych
W zależności od usytuowania ruchu pomocniczego względem osi obrotu:
a) Toczenie wzdłużne zewnętrzne i wewnętrzne - ruch pomocniczy wykonywany jest równolegle do osi wrzeciona.
b) Toczenie poprzeczne zewnętrzne i wewnętrzne - ruch pomocniczy wykonywany jest prostopadle do osi wrzeciona. Można tu wyodrębnić toczenie wcinające: kształtowe, przecinanie, toczenie rowków .
c)Toczenie stożków zewnętrznych i wewnętrznych, gdy kierunek ruchu posuwowego przecina się z osią wrzeciona. Toczenie stożków może być realizowane na kilka sposobów:
- Toczenie stożków długich poprzez wychylenie konika z osi wrzeciona ,
- Toczenie stożków krótkich poprzez skręcenie sanek narzędziowych ,
- Toczenie stożków krótkich poprzez odwzorowanie kąta przystawienia noża.
d)Toczenie kształtowe:
-Toczenie kształtowe nożem kształtowym ,
-Toczenie kopiowe,
-Toczenie gwintów zewnętrznych i wewnętrznych. Jest to szczególna odmiana toczenia kształtowego, w której przemieszczenie narzędzia jest ściśle powiązane z obrotami przedmiotu obrabianego.
2)Parametry technologiczne toczenia.
W procesie toczenia przedmiot obrabiany realizuje ruch obrotowy natomiast narzędzie dosunięte do przedmiotu na określoną odległość realizuje ruch posuwowy. Parametry technologiczne, to parametry opisujące proces obróbki, występujące w nim ruchy oraz wielkości charakteryzujące ustawienie narzędzia bądź przedmiotu obrabianego.
Do technologicznych parametrów skrawania podczas toczenia zaliczamy:
Prędkość obrotowa n – jest to prędkość obrotowa z jaką obraca się przedmiot obrabiany i jest określana w jednostkach obr/min.
Prędkość skrawania vc – jest to droga jaką przebywa krawędź skrawająca względem przedmiotu obrabianego w jednostce czasu. Związek prędkości skrawania z prędkością obrotową przedstawia zależność:
gdzie: = ( ∙ ∙ )/ 1000 [/ ]
d – średnica obrabianego przedmiotu [mm],
n – prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego [obr/min].
Głębokość skrawania ap – jest to odległość pomiędzy powierzchnią obrabianą a obrobioną.
= ( − 1)/ 2 []
gdzie:
d – średnica przedmiotu obrabianego [mm],
d1 – średnica przedmiotu obrobionego [mm].
Posuw f – jest to przesunięcie noża zgodnie z kierunkiem ruchu posuwowego w czasie jednego obrotu części obrabianej i jest mierzony w mm na 1 obrót tocznej części.
= / [/ ]
vf – prędkość posuwu [mm/min],
n – prędkość obrotowa [obr/min].
Prędkość posuwu vf – jest to chwilowa prędkość ruchu posuwowego wyrażona stosunkiem drogi, jaką przebywa w tym ruchu narzędzie lub przedmiot obrabiany, do czasu.
= ( ∙ ) [/ ]
f – posuw [mm/obr],
3)Czas maszynowy toczenia
Czas maszynowy jest to czas potrzebny na zdjęcie naddatku z powierzchni przedmiotu obrabianego. Oblicza się go z zależności:
L – długość przejścia narzędzia [mm],
l – długość części toczonej [mm],
ld – dobieg narzędzia [mm],
lw – wybieg narzędzia [mm],
f – posuw na obrót [mm/obr],
n – prędkość obrotowa [obr/min],
i – liczba przejść narzędzia.
4)Siła, moment i moc toczenia
W wyniku realizacji procesu skrawania pomiędzy narzędziem i przedmiotem obrabianym oddziałuje sił skrawania Fc, której wartość można obliczyć z następującej zależności:
= ∙ ∙ ′ []
Fc – składowa główna (obwodowa) siły skrawania [N],
vc – głębokość skrawania [mm],
f – posuw jednostkowy [mm],
kc’ – opór właściwy skrawania [MPa].
Aby móc zrealizować proces skrawania niezbędne jest dostarczenie do procesu odpowiedniej ilości mocy. Jest ona potrzebna m.in. do pokonania sił tarcia i odkształcenia materiału. Moc potrzebną do zrealizowania procesu toczenia można wyliczyć z zależności:
= ( ∙ )/ 60000 []
vc – prędkość skrawania [m/min].
Moc niezbędna do realizacji procesu skrawania dostarczana jest głównie przez silnik napędu ruchu głównego. Moc pobieraną przez silnik napędowy wrzeciona tokarki oblicza się ze wzoru:
= (/ ) []
Pc – moc skrawania [kW],
ŋ – współczynnik sprawności układu napędowego tokarki ≈ 0,75
W związku z realizacją procesu skrawania na wrzecionie tokarki powstaje moment obrotowy, który można obliczyć z zależności:
= ( ∙ (/ 2))/ 1000[ ]
d – średnica przedmiotu obrabianego [mm].
5)Przekrój warstwy skrawanej w procesie toczenia:
6)Zjawisko spęczenia wióra:
Wartość spęczenia wióra zależy od odkształcalności materiału i geometrii klina ostrza.
W wyniku procesów spęczania przy skrawaniu z grubości skrawanej warstwy h powstaje
grubość wióra h1, która ze względu na spęczanie jest zawsze większa od grubości warstwy
skrawanej h.
Spęczanie wióra jest czynnikiem bardzo odpowiednim zwłaszcza do oceny porównawczej
procesów tworzenia wióra, bowiem jest ono związane ze wszystkimi innymi
oddziaływaniami procesu tworzenia wióra (np. siła skrawania, jakość powierzchni).
Przy czym wpływ na przebieg procesu wywierają zarówno cechy materiałowe, jak
i parametry skrawania.
FREZOWANIE
Frezowanie – rodzaj obróbki skrawaniem, w którym praca narzędzia nie jest ciągła. Narzędziem jest frez wieloostrzowy o kształcie bryły obrotowej. Jego ostrza mogą być wykonane na powierzchni walcowej, walcowo – czołowej, czołowej, obu czołowych, a także na powierzchni stożkowej lub kształtowej. Na powierzchni walcowej ostrza mogą być wykonane jako proste bądź śrubowe. Podczas frezowania ruchem głównym jest ruch obrotowy frezu, natomiast ruch posuwowy jest to ruch przedmiotu obrabianego lub frezu.
1)Klasyfikacja odmian frezowania
Klasyfikacja odmian toczenia może być dokonywana na podstawie zróżnicowanych kryteriów:
a) pod względem technologicznym:
- frezowanie walcowe (obwodowe) –oś frezu zajmuje położenie równoległe do powierzchni obrobionej,
- frezowanie czołowe -oś frezu zajmuje położenie prostopadłe do powierzchni obrobionej,
- frezowanie skośne –oś frezu tworzy z powierzchnią obrobioną kąt różny od 0° do 90°,
b) pod względem konstrukcyjnym:
- frezowanie pełne (trzystronne) –gdzie jednocześnie powstają trzy powierzchnie obrobione
- frezowanie niepełne (dwustronne) –gdzie jednocześnie powstają dwie powierzchnie obrobione
- frezowanie swobodne (jednostronne) –gdzie powstaje jedna powierzchnia obrobiona
c) pod względem kinematycznym
- frezowanie współbieżne- występuje, gdy kierunek ruchu przedmiotu obrabianego jest zgodny z kierunkiem obrotu frezu. Przy frezowaniu współbieżnym grubość warstwy skrawanej jest największa na początku pracy ostrza i najmniejsza na końcu. W wyniku takiego rozkładu warstwy skrawanej opory skrawania również osiągają wartość od największej do najmniejszej na końcu pracy ostrza. Frezowanie współbieżne charakteryzuje się udarową pracą, co może powodować skrócenie żywotności narzędzia oraz lepszą jakością powierzchni obrobionej ze względu na odprowadzanie wiórów z strefy obróbki.
- frezowanie przeciwbieżne- występuje, gdy kierunek ruchu przedmiotu obrabianego jest przeciwny do kierunku obrotu frezu. Przy frezowaniu przeciwbieżnym grubość warstwy skrawanej rośnie od wartości zerowej do wartości maksymalnej, co wpływa na zmienny charakter oporów. W początkowej fazie skrawania krawędź skrawająca trze o powierzchnię obrobioną, dopóki wzrastający nacisk krawędzi skrawającej nie stanie się odpowiedni do rozpoczęcia procesu skrawania. W wyniku zjawiska tarcia krawędź skrawająca zużywa się bardziej niż w trakcie skrawania materiału. Z kinematyki frezowania przeciwbieżnego wynika, że materiał obrobiony usuwany jest przed narzędzie, co może prowadzić do zalepiania rowków wiórowych. Ponadto występuje pogorszenie warunków chłodzenia oraz wzrost chwilowych oporów skrawania, co prowadzi do zmniejszenia trwałości narzędzia.
2)Parametry technologiczne frezowania :
3)Przekrój warstwy skrawanej w frezowaniu czołowym :
Maksymalna grubość warstwy skrawanej:
ℎ=(∙sinΚ) []
fz – posuw jednostkowy na ostrze [mm],
Κ – kąt przystawienia głównej krawędzi skrawającej [mm].
Szerokość warstwy skrawanej:
=(/sinΚ)[]
ap – głębokość skrawania [mm],
Maksymalny przekrój warstwy skrawanej:
=∙ℎ [2]
b – szerokość warstwy skrawanej [mm],
hmax ...
mlody23p