Формообразование и режущие инструменты

-¬¡ ©¡¡
«¬ª°¡--¤ª©œ§¸©ª¡
ª¬œ£ªžœ©¤¡
-ÁÌÄÛ
ÊÍÉʾ¼É¼
¾

¿ÊÀÏ
А.Н. Овсеенко, Д.Н. Клауч, 
С.В. Кирсанов, Ю.В. Максимов
ФОРМООБРАЗОВАНИЕ 
И РЕЖУЩИЕ 
ИНСТРУМЕНТЫ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Рекомендовано 
Учебно-методическим советом СПО 
в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений, 
реализующих программу среднего профессионального образования 
по укрупненной группе специальностей 
15.02.00 «Машиностроение»
Москва                                        2021
ИНФРА-М

УДК 621.9(075.32)
ББК 34.63-5я723
 
О34
Р е ц е н з е н т ы:
Судтан-Заде Н.М. — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технологическая информатика и технология машиностроения» Московской государственной академии приборостроения;
Новиков О.А. — доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой «Технология газонефтяного машиностроения» Российского 
государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина
Овсеенко А.Н.
О34  
Формообразование и режущие инструменты : учебное пособие / 
А.Н. Овсеенко, Д.Н. Клауч, С.В. Кирсанов, Ю.В. Максимов. — Москва : 
ФОРУМ : ИНФРА-М, 2021. — 416 с. — (Среднее профессиональное образование).
ISBN 978-5-00091-661-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014866-3 (ИНФРА-М)
Рассмотрены основные методы формообразования деталей путем механической обработки (резанием), физические основы процесса и износа 
режущего инструмента, современные инструментальные материалы, смазывающие и охлаждающие технологические среды. Дано описание основных видов металлорежущих инструментов, типов металлорежущих станков, рациональных областей и условий их применения, методики расчета 
(назначения) режимов резания. 
Для студентов учреждений среднего профессионального образования, 
обучающихся по укрупненной группе специальностей 15.02.00 «Машиностроение», а также студентов вузов направления подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительного производства».
УДК 621.9(075.32)
ББК 34.63-5я723
© Овсеенко А.Н., Клауч Д.Н., 
Кирсанов С.В., Максимов Ю.В., 
2019
ISBN 978-5-00091-661-2 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014866-3 (ИНФРА-М)
© ФОРУМ, 2019

Введение
В современном машиностроении основным технологическим
процессом,
обеспечивающим
изготовление
деталей
заданной
точности (формы, размеров, взаимного положения поверхностей) и состояния поверхностного слоя, является обработка резанием со снятием стружки (механическая обработка), включающая в себя обработку лезвийным и абразивным инструментами.
Несмотря на совершенствование методов получения заготовок,
их удешевление, снижение припусков, развитие электрофизических, электрохимических и других методов обработки, относительный объем механической обработки за последние годы не
уменьшается. Это объясняется двумя главными причинами:
1) в связи с непрерывным повышением требований к качеству машин увеличивается объем чистовых и финишных процессов обработки;
2) частая смена объектов производства снижает количество
изготавливаемых деталей в партии (серийность производства),
требует более быстрой технологической подготовки производства.
Механическая обработка в таких условиях является наиболее
мобильной, гибкой и экономически целесообразной. Она ведется в основном на дорогом автоматизированном оборудовании и
комплексах с микропроцессорным управлением. Стоимость одного станко-часа работы такого оборудования очень большая.
Поэтому разработка рациональных технологических процессов
изготовления деталей на таком оборудовании, выбор инструментальных материалов, конструкции инструментов и режимов резания требует особого подхода.
Изготовление деталей резанием является одним из наиболее
старых технологических процессов, который применялся для
окончательной обработки литых и кованых заготовок, а еще раньше — для обработки каменных, бронзовых и железных орудий
труда и охоты. Например, для получения отверстий использовались как сплошные, так и трубчатые сверла, которые вращались с

Введение
помощью лучкового привода (тетивы — гибкой связи, натянутой
на лук), а в зону резания подсыпался мелкий песок (абразив) с водой. Прообразом современного токарного станка может служить
станок, построенный 2600 лет назад на о. Самос (Эгейское море)
Феодором, сыном Телекла. Он имел уже не лучковый привод, а
ножной кривошипно-шатунный привод шпинделя с маховиком,
который одновременно использовался как точило, но на станке
еще не было суппорта для инструмента. Изобретенный Леонардо
да Винчи (1452—1519) станок для обработки вогнутых зеркал телескопа имел все основные элементы современного карусельного
станка, кроме суппорта для инструмента. В 1565 г. Жак Боссон
применил на станке «поддержку» (суппорт), которая не имела перемещений. В 1729 г. А. Нартов сконструировал для токарно-копировального станка новую «державку». Она перемещалась в продольном направлении ходовым винтом и была связана с копировальным устройством, которое по копиру перемещало резец и в
перпендикулярном направлении. В 1794 г. Генри Модсли (Англия) изобрел крестовый суппорт, который состоял из двух подвижных кареток, перемещающихся перпендикулярно друг другу,
и позволял работать с продольной и поперечной подачами.
В России уже в XVIII в. применялись токарные, сверлильные
и копировальные металлорежущие станки простейших конструкций. Во второй половине XIX в. в связи с развитием железнодорожного, водного транспорта и потребностей армии в новых видах оружия объем механической обработки и парк металлорежущих станков значительно увеличился. Для технически грамотного
конструирования станков, назначения режимов резания и проектирования технологических процессов механической обработки
на станках необходимо было изучить физические процессы, происходящие в зоне резания, формирования стружки и поверхностного слоя детали. Первые серьезные экспериментальные и теоретические
исследования
процесса
резания
были
выполнены
И. А. Тимме. Их результаты изложены в трудах «Сопротивление
металлов и дерева резанию» (1870) и «Мемуары о строгании металлов» (1877). И. А. Тимме разработал схему процесса стружкообразования, математически описал этот процесс, вывел формулы для расчета силы резания и усадки стружки. В 1893 г.
К. А. Зворыкин опубликовал труд «Работа и усилие, необходимые
для отделения механических стружек», в котором было обосновано уравнение процесса стружкообразования, устанавливающее
связь между углом сдвига и условиями контакта стружки с передней поверхностью инструмента. В 1896 г. А. А. Брикс в работе

Введение
5
«Резание металлов» показал, что при стружкообразовании деформации не локализуются в единственной плоскости сдвига, а происходят в некоторой клинообразной зоне. Он развил и обосновал
гипотезу А. В. Годолина о существовании сил на задней поверхности резца, которые непосредственно не связаны с процессом
образования стружки. Я. Г. Усачев для изучения процессов, происходящих в зоне резания и формирования поверхностного слоя,
впервые применил металлографию. Он установил, что стружка
имеет различный характер деформации по толщине в зоне ее контакта с передней поверхностью резца, обнаружил наличие нароста, установил его природу и влияние на процесс резания. Дальнейшие фундаментальные исследования механики процесса резания были выполнены А. Н. Челюсткиным, А. М. Розенбергом,
С. С. Рудником, В. А. Кривоуховым, Г. И. Грановским, Н. Н. Зоревым, В. Ф. Бобровым, М. И. Клушиным, И. М. Беспрозванным,
А. Н. Ереминым,
Н. В. Талантовым,
В. А. Остафьевым,
Н. Г. Абуладзе, М. Ф. Полетикой, Ю. Г. Кабалдиным, Г. Л. Куфаревым, С. Эрнстом, М. Мерчантом, Е. Ли, В. Шафером и другими учеными. Были установлены основные закономерности и
обоснована достаточно стройная система взглядов на главные
проблемы механики процесса резания.
Однако для выбора рациональных режущих инструментов,
режимов резания и обеспечения требуемого качества поверхностного слоя результатов исследования только механики процесса
резания было недостаточно. Более глубоко стали проводиться исследования тепловых явлений, начатые еще Н. Н. Саввиным и
Я. Г. Усачевым, закономерностей износа режущих инструментов,
физики процесса формирования поверхностного слоя деталей.
На основании результатов исследований создавались методики
назначения и справочный материал по рациональным режимам
резания, по расчету и конструированию режущих инструментов.
В эти области науки о резании материалов и режущих инструментах большой вклад внесли Н. И. Резников, А. Н. Резников,
М. Ф. Семко, А. М. Даниелян, И. И. Семенченко, Т. Н. Лоладзе,
В. Н. Подураев, П. Р. Родин, А. И. Исаев, С. С. Силин, Э. В. Рыжов, А. Г. Суслов, Б. А. Кравченко, В. Ф. Безъязычный, А. В. Подзей, А. М. Сулима, Д. Г. Евсеев, А. И. Промптов, В. А. Гречишников, А. С. Верещака, В. К. Старков и другие.
Современное состояние науки о резании металлов и режущих инструментах позволяет достаточно успешно решать производственно-технические задачи, обеспечивающие изготовление

Введение
деталей требуемого качества экономичными методами механической обработки.
Большое многообразие обрабатываемых материалов и видов
заготовок, методов механической обработки, инструментальных
материалов и конструкций инструментов, их геометрических параметров, смазывающих и охлаждающих технологических сред,
широкие диапазоны изменения режимов резания обуславливают
неограниченное количество вариантов обработки. В учебном пособии изложены наиболее общие, принципиальные положения
теории и практики формообразования деталей методами механической обработки и инструменты для осуществления широко используемых в производстве методов.

1.
МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ДЕТАЛЕЙ И КИНЕМАТИКА ОБРАБОТКИ
РЕЗАНИЕМ
Главная задача, решаемая при разработке технологического
процесса изготовления детали, заключается в обеспечении заданного качества детали. Основными показателями качества детали
являются точность формы, размеров и взаимного положения поверхностей, а также свойства ее основного материала и поверхностного слоя (шероховатость, фазовый, структурный и химический состав, степень и глубина упрочнения или разупрочнения,
остаточные напряжения и др.). На каждый из показателей качества устанавливаются определенные допуски, в пределах которых
они должны находиться. Деталь, показатели качества которой
выходят за пределы допусков, считается некачественной (браком). Кроме необходимости обеспечения заданного качества детали технологический процесс ее изготовления должен быть экономичным, т. е. требовать наименьших затрат живого, овеществленного труда, материальных и энергетических ресурсов, а также
быть безопасным и экологически чистым (в пределах установленных норм).
В современном машиностроительном производстве существует множество методов формообразования заготовок и деталей
машин, которые можно объединить в несколько основных групп:

 методы литья;

 методы обработки давлением;

 методы механической обработки;

 физические и химические методы (в том числе электрофизические и электрохимические);

 комбинированные методы.
Формообразование деталей в процессе последующей обработки заготовок может осуществляться:
1) с удалением материала заготовки;
2) без удаления материала заготовки;

1. Методы формообразования деталей и кинематика...
3) с нанесением материала на заготовку;
4) комбинированными способами.
Классификация основных методов обработки заготовок деталей машин приведена на рис. 1.1 [13].
В предлагаемом учебном пособии в основном рассмотрены
механические методы формообразования деталей путем снятия
стружки, т. е. путем обработки резанием, а также инструменты
для осуществления этих методов и схемы основных типов металлорежущего оборудования.
Обработка резанием — процесс срезания режущим инструментом с заготовки слоя материала в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, размеров, взаимного
положения поверхностей и свойств (качества) поверхностного
слоя обработанной детали. Для этого режущему инструменту и
заготовке необходимо сообщить относительные движения резания, т. е. движения, которые обеспечивают срезание с заготовки
слоя металла и вызывают изменение состояния обработанной
поверхности заготовки. К ним относят главное движение резания и движение подачи. За главное движение резания Dr принимают движение, определяющее скорость деформирования материала и отделения стружки, за движение подачи DS — движение,
обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в заготовку. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по характеру — вращательными, поступательными,
возвратно-поступательными,
комбинированными
(сложными).
Скорость главного движения резания обозначают V (скорость
резания), скорость движения подачи VS (допускается S ). Например, при точении обработка ведется с замкнутым (обычно круговым) главным движением резания и любым движением подачи в
плоскости, перпендикулярной направлению главного движения
резания. К методам обработки отверстий с замкнутым круговым
движением резания и движением подачи в направлении оси вращения могут быть отнесены сверление, зенкерование, развертывание, растачивание цилиндрических поверхностей.
Заготовку и инструмент устанавливают и закрепляют в рабочих органах станка, обеспечивающих необходимые относительные движения (в шпинделе, патроне, на столе, в револьверной
головке). Движения рабочих органов станка подразделяют на
движения резания, установочные и вспомогательные. Движения,
обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки
для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят транс

Ðèñ. 1.1. Классификация технологических методов обработки заготовок деталей машин

1. Методы формообразования деталей и кинематика...
портирование заготовки, закрепление заготовки и инструмента,
быстрые перемещения рабочих органов станка.
Конкретный процесс обработки резанием принято представлять в виде схемы (рис. 1.2). Для этого используют установленные
нормативными документами условные обозначения. Изображают
упрощенно заготовку, ее установку и закрепление на станке, режущий инструмент, его положение относительно заготовки и закрепление. В процессе обработки резанием на заготовке различают обрабатываемую поверхность 1, поверхность резания 2 и обработанную
поверхность
3.
Показывают
движения
резания,
их характер и технологическое назначение. Движения подачи
(рис. 1.3) могут быть продольными DSпр, поперечными DSп, вертикальными DSв, тангенциальными DSт, круговыми DSк, окружными DSо. При обработке с программным управлением схематически
изображается траектория движения инструмента.
Ðèñ. 1.2. Схема обработки заготовки точением:
1 — обрабатываемая поверхность; 2 — поверхность резания; 3 — обработанная
поверхность
Пространственную форму детали определяет сочетание различных поверхностей, которые можно свести к простым геометрическим поверхностям: плоским, телам вращения (цилиндрическим, коническим, шаровым, торовым и т. п.), винтовым и др.
В свою очередь, геометрическую поверхность можно представить
совокупностью последовательных положений следов одной производящей линии, называемой образующей, которая движется по
другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для образования круговой цилиндрической поверхности
образующей служит прямая линия. Ее перемещают по окружности, которая является направляющей линией. При обработке
(формообразовании) на металлорежущих станках образующие и
направляющие линии воспроизводятся комбинацией движений