Обработка металлов резанием

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
 «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования 
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
К.К. Карандашов, В.Д. Клопотов 
 
 
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ 
 
 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию  
в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся  
по направлениям подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств», «Автоматизация технологических 
процессов и производств (машиностроение)» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета 
2017 

УДК 621.9(075.8) 
ББК 34.63я7 
 
К21 
 
Карандашов К.К.  
К21 
 
Обработка металлов резанием : учебное пособие / К.К. Карандашов, 
В.Д. Клопотов ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во 
Томского политехнического университета, 2017. – 268 с. 
 
ISBN 978-5-4387-0777-6 

 
За основу содержания пособия приняты имеющиеся сведения в литературных 
источниках, ГОСТах и общемашиностроительных нормативах, применяемых в машиностроении, список которых приведен в конце пособия. С целью сохранения 
смыслового значения часть этих сведений приведена в редакции первоисточников. 
Предназначено для студентов механических специальностей вузов всех 
форм обучения, изучающих курс «Механическая обработка заготовок деталей машин», являющийся составной частью дисциплины «Технология конструкционных 
материалов». Также пособие будет полезно учащимся колледжей и других образовательных учреждений, изучающих данную дисциплину и работникам механических 
специальностей для использования в практической деятельности. 
 
УДК 621.9(075.8) 
ББК 34.63я7 
 
 
 
 
 
Рецензенты 
 
Доктор технических наук, профессор 
 кафедры строительно-дорожных машин ТГАСУ 
В.К. Шилько 
 
Директор Областного государственного бюджетного  
образовательного учреждения среднего профессионального  
образования Томского автодорожного техникума  
В.М. Силаев 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-4387-0777-6 
© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2017 
© Карандашов К.К., Клопотов В.Д., 2017 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2017

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
Введение .................................................................................................................................................... 6 
 
1. Общие сведения ................................................................................................................................... 6 
 
2. Понятие о точности и качестве обработанной поверхности ....................................................... 7 
 
3. Назначение и расчет режимов резания ........................................................................................... 8 
3.1. Обработка на станках токарной группы ...................................................................................... 8 
3.2. Обработка материалов сверлами, зенкерами, развертками ...................................................... 17 
3.3. Обработка материалов фрезерованием ...................................................................................... 23 
3.4. Обработка заготовок шлифованием ........................................................................................... 30 
3.5. Практические занятия «Назначение режимов резания для обработки металлов  
на металлорежущих станках» ............................................................................................................ 34 
3.5.1. Примеры решения задач .................................................................................................... 35 
 
4. Проверка выбранных параметров режимов резания ................................................................ 40 
4.1. Токарная операция ....................................................................................................................... 40 
4.2. Сверлильная операция ................................................................................................................. 42 
4.3. Фрезерная операция ..................................................................................................................... 45 
4.4. Практические занятия «Определение силы резания и затрачиваемой мощности  
на резание» ........................................................................................................................................... 48 
4.4.1. Примеры решения задач .................................................................................................... 48 
 
5. Режущий инструмент для обработки материалов ...................................................................... 54 
5.1. Инструментальные материалы и их краткая характеристика .................................................. 54 
5.2. Области применения инструментальных материалов .............................................................. 59 
5.3. Классификация режущих инструментов .................................................................................... 63 
5.4. Основные элементы режущих инструментов ............................................................................ 65 
5.5. Применение режущих инструментов в технологическом процессе формообразования 
поверхностей деталей машин ............................................................................................................. 65 
5.5.1. Инструменты, применяемые для обработки заготовок  
на токарно-винторезных станках ................................................................................................ 65 
5.5.2. Инструменты для обработки отверстий на сверлильных станках ................................. 69 
5.5.3. Инструменты, применяемые для обработки заготовок на фрезерных станках ............ 71 
5.5.4. Инструмент, применяемый на шлифовальных станках.................................................. 72 
5.5.5. Инструмент, применяемый для обработки заготовок на строгальных 
и долбежных станках ................................................................................................................... 78 
5.5.6. Инструмент, применяемый для разрезания металлов..................................................... 80 
5.6. Конструкция и основные размеры металлообрабатывающих инструментов ........................ 83 
5.7. Лабораторная работа «Режущий инструмент. Устройство и его технологическое 
назначение» ........................................................................................................................................ 118 
 
6. Станки и приспособления ............................................................................................................. 119 
6.1. Общие сведения .......................................................................................................................... 119 
6.2. Классификация металлорежущих станков .............................................................................. 119 
6.3. Обозначение станков ................................................................................................................. 120 
6.4. Назначение металлорежущих станков ..................................................................................... 121 
6.4.1. Станки токарной группы ................................................................................................. 121 

3

 

 

6.4.2. Станки сверлильной группы ........................................................................................... 124 
6.4.3. Станки фрезерной группы ............................................................................................... 125 
6.4.4. Станки строгальной группы ............................................................................................ 127 
6.4.5. Станки шлифовальной группы........................................................................................ 128 
6.4.6. Разрезные станки (8-я группа)......................................................................................... 130 
6.5. Приспособления, применяемые на металлорежущих станках .............................................. 131 
6.5.1. Патроны ............................................................................................................................. 131 
6.5.2. Центры ............................................................................................................................... 132 
6.5.3. Хомутики ........................................................................................................................... 132 
6.5.4. Люнеты .............................................................................................................................. 133 
6.5.5. Оправки ............................................................................................................................. 133 
6.5.6. Приспособления для крепления заготовок неправильной формы ............................... 134 
6.5.7. Машинные тиски .............................................................................................................. 135 
6.5.8. Делительная головка ........................................................................................................ 135 
6.6. Вспомогательный инструмент .................................................................................................. 136 
6.6.1. Сверлильные патроны ...................................................................................................... 136 
6.6.2. Переходные конические втулки ...................................................................................... 136 
6.6.3. Резцедержатели ................................................................................................................. 136 
6.7. Лабораторные работы ................................................................................................................ 137 
6.7.1. Кинематика коробок скоростей станков ........................................................................ 137 
6.7.2. Способы деления окружностей на делительной головке ............................................. 145 
 
7. Заготовки, применяемые для изготовления деталей машин ................................................. 154 
7.1. Общие сведения .......................................................................................................................... 154 
7.2. Отливки ....................................................................................................................................... 155 
7.2.1. Конструктивные элементы отливок ............................................................................... 156 
7.2.2. Допуски размеров отливки .............................................................................................. 162 
7.2.3. Припуски на обработку отливок ..................................................................................... 168 
7.2.4. Обозначение точности отливок ....................................................................................... 178 
7.2.5. Конструирование отливки ............................................................................................... 178 
7.3. Заготовки из проката .................................................................................................................. 184 
7.3.1. Прокат сортовой горячекатаный круглый. Сортамент по ГОСТ 2590–06 .................. 189 
7.3.2. Прокат сортовой стальной горячекатаный квадратный. Сортамент  
по ГОСТ 2591–06 ........................................................................................................................ 190 
7.3.3. Прокат сортовой стальной горячекатаный шестигранный. Сортамент  
по ГОСТ 2879–06 ........................................................................................................................ 192 
7.3.4. Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент  
по ГОСТ 103–2006 ...................................................................................................................... 194 
7.4. Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на молотах. 
Припуски и допуски. ГОСТ 7829–70 .............................................................................................. 197 
7.5. Примеры назначения припусков и предельных отклонений для поковок, 
изготовляемых ковкой на молотах .................................................................................................. 202 
 
8. Нормирование труда рабочего ..................................................................................................... 206 
8.1. Понятия и определения .............................................................................................................. 206 
8.2. Формулы для расчета основного технологического времени ................................................ 207 
8.3. Определение вспомогательного времени ................................................................................ 218 
8.4. Время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности ................................ 218 
8.5. Определение подготовительно-заключительного времени Тп. з ............................................ 245 
8.6. Определение времени на партию деталей ............................................................................... 245 

4

 

 

8.7. Определение штучно-калькуляционного времени.................................................................. 245 
8.8. Практические занятия ................................................................................................................ 249 
8.8.1. Определение норм времени при обработке заготовок  
на металлорежущих станках ..................................................................................................... 249 
8.8.2. Примеры решения задач .................................................................................................. 250 
8.8.3. Определение подготовительно-заключительного времени Тп. з ................................... 255 
8.8.4. Определение времени на партию деталей Тпар .............................................................. 256 
8.8.5. Определение штучно-калькуляционного времени Тшк ................................................. 256 
 
Контрольные вопросы  ...................................................................................................................... 258 
 
Заключение ........................................................................................................................................... 263 
 
Список используемых государственных стандартов и нормативных документов...............264 
 
Список литературы ............................................................................................................................ 267 

5

 

ВВЕДЕНИЕ 

В процессе обучения студентам механических специальностей приходится решать вопросы конструирования и формообразования деталей машин, приборов и оборудования, 
обеспечивая при этом их необходимые эксплуатационные характеристики. 
К широко распространенным методам формообразования деталей машин относится 
механическая обработка металлов резанием, являющаяся составной частью дисциплины 
«Технология конструкционных материалов». 
Изучая эту дисциплину, студенты получают общеинженерную технологическую подготовку, так как при конструировании и изготовлении деталей инженер должен уметь выбирать: материал заготовки (детали), ее вид и размеры; оборудование, приспособления 
и инструмент; назначать режимы резания и производить техническое нормирование работ. 
Решение вышеперечисленных задач вызывает значительные затруднения в связи с тем, 
что имеющиеся сведения по данным вопросам рассредоточены в большом количестве научно-технической, учебной, справочной и нормативной литературы. 
Предлагаемое учебное пособие содержит необходимые данные для разработки технологических процессов изготовления деталей машин наиболее широко распространенными 
видами механической обработки металлов резанием. 
В пособии приведены необходимые понятия, определения, таблицы, схемы обработки 
и виды выполняемых работ на токарных, сверлильных, фрезерных и других станках, рассмотрены примеры определения параметров широко применяемых заготовок, получаемых 
литьем в песчано-глинистые формы, горячей прокаткой и ковкой на молотах. 
Освещены вопросы нормирования труда при выполнении различных видов работ на 
металлорежущих станках. 
По ряду разделов пособия предусмотрены практические занятия и лабораторные работы. 
Цель работы – научить студентов самостоятельно решать задачи по выбору заготовок, 
оборудования, приспособлений и режущего инструмента; назначать режимы резания и производить техническое нормирование, связанное с обработкой конструкционных материалов 
на металлорежущих станках. 
 

6

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

Для срезания с обрабатываемой заготовки слоя металла и изменения состояния обработанной поверхности необходимо наличие относительных движений между заготовкой и режущим инструментом, называемых движениями резания. К таким движениям относят главное движение и движение подачи, которые могут быть непрерывными или прерывистыми, 
а по своему характеру – вращательными, поступательными и т. д. 
Главное движение определяет скорость отделения стружки – скорость резания V. Движение подачи S обеспечивает непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои материала. 
Совокупность значений скорости резания, подачи или скорости движения подачи 
и глубины резания называют режимом резания (ГОСТ 25762–83). 
При обработке резанием, кроме главного движения и движения подачи, применяются 
установочные и вспомогательные движения органов станка. Установочными движениями 
обеспечивают такое положение инструмента относительно заготовки, при котором с нее срезается определенный слой материала. Данное движение на схемах обработки обозначают 
tS . 
Вспомогательные движения рабочих органов станка не имеют непосредственного отношения 
к процессу резания и служат для транспортировки и закрепления заготовки или инструмента, 
быстрых перемещений рабочих органов, переключения скоростей резания и подачи и т. п. 
К элементам процесса резания относят также основное (технологическое) время обработки То, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы и размеров заготовки 
и получение поверхности требуемой шероховатости. 
 

7

 

2. ПОНЯТИЕ О ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВЕ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ 

Точность обработки деталей, качество обработанных поверхностей и точность сборки 
являются определяющими факторами надежности работы узлов и машин. 
Под точностью обработки понимают отклонение истинных размеров обработанной поверхности детали от ее конструктивных размеров с предельно допустимыми отклонениями, 
указанных в рабочем чертеже. 
Детали, обработанные разными технологическими методами, имеют не только отклонения от конструктивных размеров, но и погрешность геометрических форм поверхностей 
(конусность, овальность, неплоскостность и т. д.). Погрешность должна укладываться в допуск на размер поверхности в соответствии с классом точности изготовления детали. 
Допуски размеров регламентируются ГОСТ 25346–89, допуски формы и расположения 
поверхностей – ГОСТ 24643–81. 
Под качеством обработанной поверхности понимают совокупность таких характеристик, как шероховатость (микрогеометрия), волнистость, структурное состояние (микротрещины, надрывы, измельченная структура), упрочнение поверхностного слоя (глубина и степень), остаточные напряжения (глубина их проникновения, величина и знак) и др. 
Из перечисленных характеристик шероховатость является наиболее доступной величиной, легко поддающейся непосредственным измерениям. Определяют шероховатость по 
профилю, который образуется на поверхности в результате обработки детали режущим инструментом. При этом профиль рассматривается на длине базовой линии, относительно которой определяются и оцениваются параметры шероховатости. 
Достигаемая при определенном методе обработки шероховатость прежде всего характеризуется высотными параметрами Rа  и Rz  (табл. 2.1). 
Таблица 2.1 
Шероховатость поверхности (ГОСТ 2789–73) 

Метод обработки 

Старые обозначения классов 
шероховатости 
поверхности 

Числовая  
характеристика 
Базовая 
длина, l, 
мм 

Приборы для проверки шероховатости поверхности
Ra  
Rz  

Не более 

Обдирочное (черновое) 
∆1 
– 
320 
8 

Микроскоп  
Линника 

Точение, строгание 
∆2 
– 
160 
8 

Фрезерование, сверление 
∆3 
– 
80 
8 

Получистовая обработка разными 
технологическими методами 

∆4 
– 
40 
2,5 

∆5 
– 
20 
2,5 

∆6 
2,5 
– 
0,8 

Профилометр  
или профилограф 

Тонкое точение, развертывание, 
протягивание, обработка абразивными инструментами, электрофизическими методами, пластическим деформированием 

∆7 
1,25 
– 
0,8 

∆8 
0,63 
– 
0,8 

∆9 
0,32 
– 
0,25 

Тонкообработанные поверхности 
притиркой, хонингованием, суперфинишированием, алмазным 
выглаживанием и другими технологическими методами обработки 

∆10 
0,16 
– 
0,25 

∆11 
0,08 
– 
0,25 

∆12 
0,04 
– 
0,25 

∆13 
– 
0,1 
0,08 

∆14 
– 
0,05 
0,08 

8

 

3. НАЗНАЧЕНИЕ И РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ 

При назначении режимов резания необходимо учитывать показатели, характеризующие 
условия и характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования. 
Элементы режима резания обычно назначают в следующей последовательности. 
В первую очередь выбирают значение глубины резания t, обусловленное величиной 
срезаемого припуска h и шероховатостью обработанной поверхности. 
На подготовительных операциях обработки заготовок припуск может быть более 5 мм. 
Припуск менее 7 мм может быть срезан за один проход инструмента. В этих случаях глубина резания равна припуску на обработку. С достижением некоторых критических значений 
глубины резания могут возникнуть вибрации в системе СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь). Поэтому припуск более 7 мм срезают за два или более проходов, причем глубина резания на каждом проходе может быть одинакова или ее последовательно уменьшают. 
На промежуточных операциях припуск на обработку изменяется в пределах 0,5…5 мм. 
На окончательных операциях обработки величина припуска составляет не более 0,5 мм. 
Значение подачи S, как и глубины резания, определяется видом технологической операции. При черновой обработке подачу выбирают исходя из жесткости и прочности системы 
СПИД, мощности привода станка, прочности материала режущей части инструмента и других ограничивающих факторов. 
В целях сокращения времени на обработку подготовительные операции стремятся вести с подачами S = 0,4…0,7 мм/об. На промежуточных операциях подачу назначают в пределах S = 0,1…0,4 мм/об. 
При чистовой обработке подачу назначают в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности. Поэтому окончательные операции обработки ведут с подачами S < 0,1 мм/об. 
Скорость резания V определяют исходя из выбранных значений глубины резания, подачи и стойкости режущего инструмента с учетом факторов, характеризующих материал заготовки, состояние ее поверхности, материал режущего инструмента и его геометрические 
параметры (углы в плане, радиус при вершине резца и т. п.), а также условия обработки. 
Рассчитывают скорость резания (м/мин) по эмпирическим формулам, установленным 
для каждого вида обработки, которые имеют общий вид 

.
v
v
m
x
y
C
V
K
T
t
S
=
⋅
⋅
 
(3.1) 

Значения коэффициентов 
, 
v
v
C
K , показателей степени m, x, y и периода стойкости Т инструмента, содержащихся в этих формулах, приведены в таблицах для каждого вида обработки. 
По найденному значению скорости резания рассчитывают частоту вращения шпинделя 
станка n, об/мин (точение, сверление, фрезерование). 

1000 V
n
D
⋅
=
π⋅
. 
(3.2) 

 
 
3.1. Обработка на станках токарной группы 

При обработке заготовок на токарно-винторезных станках главное движение осуществляет заготовка, а движение подачи и установочное – режущий инструмент (рис. 3.1). 

9

Обработка металлов резанием 

 

 
 
Рис. 3.1. Схема обработки заготовки на токарно-винторезном станке: 
V – главное движение (скорость резания); S – подача; St – установочное движение; t – глубина резания 
 
К элементам режима резания при точении относятся: скорость резания V, подача S 
и глубина резания t. 
Глубина резания t: при черновой обработке глубина резания обычно равна всему припуску h на обработку, если он не превышает максимально допустимую глубину резания, исходя из условия обеспечения жесткости системы СПИД. 
Величина срезаемого припуска определяется по формуле 

2
D
d
h
−
=
, 
(3.3) 

где D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм; d – диаметр обработанной поверхности, мм. 
Наиболее рациональной при черновой обработке является глубина резания t = 6 мм. 
При получистовой обработке с шероховатостью поверхности Rz 40 и Rz 20 глубина резания 
принимается t = 0,5…2 мм, а для поверхностей с шероховатостью Rа 2,5 и Rа 1,25 t = 0,1…0,4 мм. 
Подача S при черновом точении регламентируется мощностью станка, жесткостью системы СПИД, прочностью режущей пластины и державки (табл. 3.1–3.3); при чистовом точении – шероховатостью обработанной поверхности и радиусом при вершине резца 
(табл. 3.4). 
Таблица 3.1 
Подачи при черновом наружном точении резцами с пластинами из твердого сплава  
и быстрорежущей стали 

Диаметр 
детали, мм 

Размер державки резца, 
мм 

Обрабатываемый металл 

Сталь конструкционная углеродистая, 
легированная и жаропрочная
Чугун и медные сплавы 

Подача S, мм/об., при глубине резания t, мм 

До 3 
Св. 3 до 5 
Св. 5 до 8 
До 3 
Св. 3 до 5 
Св. 5 до 8 

До 20 
От 16×25 
до 25×25 
0,3–0,4 
– 
– 
– 
– 
– 

Св. 20  
до 40 
От 16×25 
до 25×25 
0,4–0,5 
0,3–0,4 
– 
0,4–0,5 
– 
– 

Св. 40  
до 60 
От 16×25 
до 25×40 
0,5–0,9 
0,4–0,8 
0,3–0,7 
0,6–0,9 
0,5–0,8 
0,4–0,7 

Св. 60  
до 100 
От 16×25 
до 25×40 
0,6–1,2 
0,5–1,1 
0,5–0,9 
0,8–1,4 
0,7–1,2 
0,6–1,0 

V

D

S

d

St 

t

10