3. Кинематика резания

Кинематика станков и кинематика резания, хотя они и взаимосвязаны, принципиально различны как в области теории, так и в области практического использования.

В кинематике станков изучаются научные основы и работа таких кинематических структур взаимодействующих механизмов станка, настройкой которых можно сообщить инструменту и обрабатываемой заготовке необходимые сочетания и количественные соотношения главного и вспомогательного движений, т.е. скорости и подачи. Кинематика станков рассматривает движения, передаваемые механизмами станков инструменту и обрабатываемой заготовке во время как рабочих, так и холостых циклов.

Движения, сообщаемые инструментам и заготовке механизмами станка, обычно рассматривают в прямоугольной системе координат с осями Х, Y, Z (рис.13). С ее помощью ориентируют также взаимное положение всех механизмов станка. Кинематика станков обеспечивает различные сочетания движений механизмов:

1. рабочие и холостые движения;
2. движения скорости резания при включенном механизме подачи;
3. движение подачи при бездействующем механизме скорости;
4. одновременное движение скорости и подачи.

Все эти кинематические возможности необходимы для универсального и рационального использования металлорежущих станков.

Рис.13. Принципиальные кинематические схемы

В кинематике резания рассматриваются классификации принципиальных кинематических схем резания, как научная основа анализа и синтеза:

1. технологических способов формообразования деталей машин,
2. трансформации геометрических параметров режущей части инструментов в процессе резания металлов.

Кинематика резания рассматривает движения, которые действуют в процессе резания во время рабочего цикла, с момента, когда лезвие вступает в контакт с металлом заготовки, и до момента, когда контакт лезвия с заготовкой прекращается. В процессе резания механизм станка сообщает закрепленным на нем инструменту и заготовке прямолинейное и вращательное движения. Суммируясь, эти движения сообщают лезвиям инструментов относительно заготовки результирующее движение резания. Кинематика резания рассматривает относительные взаимные перемещения, совершаемые во время рабочего цикла обрабатываемой заготовкой и лезвием инструмента, независимо от того, раздельно или одновременно приводятся в движение механизмами станка заготовка или инструмент.

Относительные перемещения заготовки и лезвий инструмента в кинематике резания рассматриваются в прямоугольной координатной системе с осями X, Y, Z, той же, что и в кинематике станков (рис.13)

3.1. Принципиальные кинематические схемы резания

Кинематика резания классифицирует сочетания исходных движений, сообщаемых заготовкам и лезвиям инструментов механизмами станков во время рабочего цикла. Основой классификации являются направление, характер и число одновременно осуществляемых движений. Сочетания исходных движений регламентированы системой принципиальных кинематических схем резания. Количественные соотношения сочетаемых движений конкретной принципиальной кинематической схемы резания определяют вид инструмента, принцип его работы и технологическое назначение.

В пределах каждой принципиальной схемы кинематика резания рассматривает как результат суммарного действия сочетаемых движений:

а) вектор скорости результирующего движения резания - векторную сумму скоростей резания, подачи и движения формообразования, осуществляемых механизмами станка;

б) траекторию результирующего движения резания и поверхность, на которой лежит эта траектория;

в) формообразование новых плоскостей- совокупность траекторий результирующего движения резания всех точек лезвия инструментов.

Кинематика резания рассматривает также кинематические геометрические параметры режущей части инструмента. Эти параметры учитывают реальные условия: взаимное относительное перемещение

поверхности резания и задней поверхности резания лезвия инструмента; направление сбега стружки по передней поверхности; изменения числовых значений всех геометрических параметров лезвия в процессе резания.

Классификационный реестр содержит несколько сот принципиальных кинематических схем резания. Из них наиболее часто используются три простейшие схемы, когда в процессе резания действуют:

1. одно прямолинейное главное движение Dr (рис.13 а) ;
2. два прямолинейных движения - главное движение Dr и движение подачи Ds (рис.13 б);
3. одно вращательное главное движение Dr и одно прямолинейное движение подачи Ds (рис.13 в).

3.2. Кинематические схемы методов механической обработки

Hа основе принципиальной кинематической схемы(рис.13 a), предусматривающей в процессе резания одно прямолинейное движение, производится однопроходные операции строгания, протягивания и долбления. Прямолинейное главное движение Dr количественно выражается скоростью резания v.

Hа основе принципиальной кинематической схемы резания (рис.13 б), предусматривающей два одновременно действующих прямолинейных движения, осуществляются операции поперечного и продольного строгания или долбления. Одно из них направлено вдоль оси X является главным движением резания Dr, а другое - вспомогательным движением подачи Ds и направлено вдоль оси Z.

Hа кинематической схеме резания, предусматривающей два одновременно действующих движения - вращательное в плоскости YZ вокруг оси X и и поступательное вдоль оси X (рис.13 в) - основаны распространенные виды обработки резанием: точение, сверление, зенкерование и развертывание. В этих случаях вращательное движение является главным движением, количественно выражаемым скоростью резания. Если выражать скорость в метрах в минуту, то

v = p Dn/1000

где: D - диаметр окружности в мм, на которой находится рассматриваемая точка главной режущей кромки;

n- частота вращения, об/мин.

Прямолинейное движение является вспомогательным движением подачи и количественно выражается подачей S мм/об.

Pезультирующей траекторией одновременно действующих главного и вспомогательного движений является винтовая траектория движения резания. Если сделать развертку диаметра D окружности детали в рассматриваемой точке, то угол подъема h винтовой поверхности будет связан со скоростью резания и подачей следующей зависимостью:

tg h = nS/(1000 V) = S/(pD)

Таким образом, любая кинематическая схема резания изменяет во времени и в пространстве положение линии контакта инструмента и обрабатываемой поверхности детали. В свою очередь, это приведет к изменению положения условных плоскостей, определяющих геометрию инструмента и, следовательно, к изменению всей геометрии инструмента.