Физические основы процессов механической обработки

А. Н. Рыкунов 
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ 
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 
Учебное пособие 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024

УДК 621.9.01 
ББК 34.4 
Р94 
Рецензенты: 
кафедра «Инновационные технологии машиностроения» Пермского национального 
исследовательского политехнического университета; 
профессор кафедры технологии машиностроения ФГБОУ ВО «Костромской  
государственный университет», доктор технических наук Михайлов С. В. 
Рыкунов, А. Н. 
Р94  
Физические основы процессов механической обработки : учебное пособие / А. Н. Рыкунов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 
124 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1831-7 
Представлены методические указания по проведению четырёх лабораторных работ. В них излагаются минимально необходимые теоретические сведения по геометрии режущего клина, стружкообразованию, кинематике, динамике и термодинамике 
резания. Вторая глава посвящена практическому освоению расчёта режимов резания, 
назначению технологических условий и нормированию операций механической обработки. Представлены примеры тестовых заданий. 
Для студентов направления 15.05.01 «Проектирование технологических машин и 
комплексов». Является руководством к выполнению лабораторных, практических работ и проведения тестирования по дисциплине «Физические основы процессов механической обработки». 
УДК 621.9.01 
ББК 34.4 
ISBN 978-5-9729-1831-7 
” Рыкунов А. Н., 2024 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение………………………………………………………………… 4 
Программа дисциплины………………………………………………... 6 
1. Лабораторная работа «Изучение влияния геометрии режущего 
клина и режимов резания на стружкообразование»……………………….. 8 
Краткие теоретические сведения………………………………….. 8 
Порядок проведения работы и содержание отчета……………… 
20 
Контрольные вопросы…………………………………………….. 22 
2. Лабораторная работа «Исследование пластической  
деформации срезаемого слоя»……………………………………………… 24 
Краткие теоретические сведения………………………………… 24 
Порядок проведения работы и содержание отчета……………… 
34 
Контрольные вопросы…………………………………………….. 39 
3. Лабораторная работа «Установление влияния режимных  
факторов на силу резания»………………………………………………….. 40 
Краткие теоретические сведения………………………………… 40 
Порядок проведения работы и содержание отчета……………… 
49 
Контрольные вопросы…………………………………………….. 54 
4. Лабораторная работа «Установление влияния режимных  
факторов на температуру резания»………………………………………… 55 
Краткие теоретические сведения………………………………… 55 
Порядок проведения работы и содержание отчета……………… 
70 
Контрольные вопросы…………………………………………….. 74 
5. Расчетно-практическая работа «Нормирование операций  
механической обработки»……………………………………………………76 
Краткие теоретические сведения…………………………………. 
76 
Пример расчета элементов режима резания……………………... 82 
Порядок выполнения работы, варианты заданий  
и содержание отчета………………………………………………………… 91 
Контрольные вопросы…………………………………………….. 93 
6. Тестовый контроль знаний по дисциплине………………………. 94 
Общие сведения…………………………………………………… 94 
Примеры тестовых заданий………………………………………. 95 
Библиографический список…………………………………………. 121 
3 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Учебное пособие подготовлено с целью оказания помощи студентам 
в освоении важнейших разделов дисциплины и составлено в соответствии 
с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего 
образования и учебным планом подготовки по направлению 15.03.05 
«Конструкторско-технологическое 
обеспечение 
машиностроительных 
производств». 
Цель освоения дисциплины – сформировать знания, умения и навыки, необходимые для формирования соответствующих профессиональных 
компетенций: способность выбирать материалы и способы реализации 
технологических процессов, применять прогрессивные методы эксплуатации технологического оборудования, изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по специализации. В результате обучения необходимо получить знания по кинематике, динамике 
и термодинамике резания, разрушению инструмента; практические сведения о геометрии режущего клина, инструментальных материалах и принципах их назначения; основы теории резания в объёме, необходимом для 
решения практических задач управления процессами механообработки. 
В первых разделах представлены методические указания по проведению четырёх лабораторных работ. В них излагаются минимально необходимые теоретические сведения по геометрии режущего клина, стружкообразованию, кинематике, динамике и термодинамике резания. Важное 
влияние на технические и экономические показатели производства оказывают режимы обработки, расчёт которых является одной из самых массовых задач машиностроения. Вторая глава пособия посвящена практическому освоению расчёта режимов резания, назначению технологических 
условий и нормированию операций механической обработки. 
Представленные в последнем разделе до 200 примеров тестовых заданий помогут обучающимся самостоятельно оценить полученные знания. 
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных обучающимися при изучении дисциплин «Технология конструкционных материалов», «Материаловедение». Осуществляется в ходе самостоятельных и 
аудиторных занятий, которые включают в себя лекции, расчетнопрактическую и лабораторные работы. 
4 
 

Учебный материал достаточно полно изложен в списке основной литературы. Дополнительная литература рекомендуется для более глубокой 
проработки отдельных разделов и получения справочных данных. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ 
 
1. Введение. Исторический очерк. 
1.1. История и перспективы развития процессов механической 
обработки. 
1.2. Современное состояние и перспективы. 
1.3. Вклад ученых РГАТУ имени П. А. Соловьева. 
2. Методы и процессы формообразования поверхностей деталей резанием. 
2.1. Методы формообразования поверхностей деталей машин. 
2.2. Основные процессы формообразования поверхностей деталей машин. 
2.3. Технологические возможности процессов механической обработки. 
3. Обработка металлов резанием: основные понятия. 
3.1. Обработка материалов резанием: основные понятия. Режимы 
резания. 
3.2. Физическая сущность процесса. Теория образования стружки, усадка. 
3.3. Геометрия режущего клина и её влияние на параметры резания. 
4. Физические явления в процессах механической обработки. 
4.1. Пластическая деформация срезаемого слоя и влияние на неё 
технологических факторов. Застойные явления, нарост. 
4.2. Сила, мощность резания. Влияние на них технологических 
факторов. 
4.3. Тепловые явления в процессах механической обработки. 
Температура, методы её изучения и влияние на неё технологических факторов. Баланс механической и тепловой энергий. 
5. Физические причины износа режущего клина. Стойкость. 
5.1. Физические причины износа и виды разрушения инструмента. Изнашивание, хрупкое разрушение, пластическая деформация. 
5.2. Следы износа режущего клина. Радиальный износ. 
5.3. Стойкость и размерная стойкость инструмента. Влияние на 
них технологических факторов. 
6 
 

6. Назначение технологических условий осуществления процессов 
механической обработки. 
6.1. Принципы назначения инструментальных материалов. Методы упрочнения лезвийного инструмента. 
6.2. Назначение геометрических параметров режущего клина инструмента. 
6.3. Обрабатываемость резанием. Методы её определения и зависимость от технологических условия протекания процессов механообработки. 
6.4. Нормирование операций формообразования. Понятие об оптимальном резании. Критерии оптимизации и их соотношение. 
7 
 

1. Лабораторная работа 
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ РЕЖУЩЕГО КЛИНА 
И РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ НА СТРУЖКООБРАЗОВАНИЕ 
 
Цель работы – закрепление знаний по темам «Обработка материалов 
резанием: основные понятия», «Физическая сущность процесса и теория 
образования стружки», «Геометрия режущего клина» на основе экспериментального установления влияния технологических факторов процесса 
резания на характеристики образовавшейся стружки. 
Задачи: 
– ознакомление с процессом стружкообразования и типами стружек; 
– изучение зависимости типа стружки от режимов обработки; 
– закрепление навыков определения геометрических параметров резца. 
 
Краткие теоретические сведения 
Обработка резанием – это процесс срезания режущим инструментом 
с поверхности заготовки слоя металла (припуска на обработку) в виде 
стружки для получения необходимых геометрической формы, точности 
размеров, взаиморасположения и качества поверхностей детали. 
Чтобы срезать с заготовки слой металла, ей и инструменту следует 
сообщить относительные (исполнительные) движения резания: скорость V 
и подачу S, которые, наряду с глубиной t (рис. 1.1), определяют режимы 
резания. 
Скорость характеризует главное движение резания, определяющее 
скорость схода стружки. Под ней понимают скорость перемещения точки 
обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки инструмента. Так, для схем резания с вращательным главным движением скорость 
резания – это окружная скорость заготовки (точение) или инструмента 
(сверление): 
 
 
V = ʌ Â D Â n, м/мин, 
(1.1) 
 
где D – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности, м; n – частота 
вращения заготовки или инструмента, об/мин. 
 
8 
 

Подача нужна для охвата резанием всей обрабатываемой поверхности. Различают подачи оборотную S, мм/об и минутную SМ = S Â n, мм/мин, 
под которыми понимают путь, пройденный инструментом за один оборот 
или за минуту. В зависимости от метода обработки, подача может иметь и 
другую размерность. Так, для строгания или шлифования – S, мм/дв. ход; 
SМ = S Â n, мм/мин. В обоих случаях n – это число оборотов или двойных 
ходов в минуту. 
 
 
 
Рис. 1.1. Режимы резания при продольном точении и геометрия токарного резца 
 
9 
 

Для снятия необходимого припуска инструмент следует углубить в 
заготовку на глубину резания – кратчайшее расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями. При продольном точении глубина 
определяется полуразностью диаметров обрабатываемой D и обработанной d поверхностей: 
 
 
t = (D – d) / 2, м. 
(1.2) 
 
Большой физический смысл имеют понятия ширина и толщина среза. Под шириной b1 = АГ понимают расстояние между обрабатываемой и 
обработанной поверхностями, измеренное вдоль проекции главной режущей кромки инструмента на основную плоскость. Толщина среза – величина, перпендикулярная ширине – переменна вдоль режущей кромки. На 
участке ДГ0 эта величина максимальна и постоянна; на участке ДА0 она 
постепенно уменьшается до 0 в т. А0. Чаще определяют лишь её максимальное значение a1 в данном сечении среза. Для резцов с прямолинейной 
режущей кромкой, если радиус при вершине резца r пренебрежимо мал, 
справедливы выражения: 
 
 
b1 = t / sinM, мм, 
(1.3)   
 
a1 =  S ˜ sinM, мм, 
(1.4) 
 
F = a1 ˜ b1 = S ˜ t , мм2, 
(1.5) 
 
где F – номинальная (без учета шероховатости АА0Д) площадь поперечного сечения срезаемого слоя АА0Г0Г. 
Площадь, форма и размеры срезаемого слоя зависят от глубины, подачи и геометрии режущего клина. Так, в процессе точения участвуют два 
движения, поэтому траекторией движения вершины резца относительно 
заготовки будет винтовая линия. Начав резание в точке А0, резец вновь 
встретится с образующей цилиндрической поверхности в точке А. Следовательно, будет срезана только часть площади поперечного сечения, и на 
обработанной поверхности останутся микронеровности (АА0Д). Чем 
меньше подача S, т. е. чем ближе т. А к т. А0, тем меньше расчетная величина шероховатости. На высоту, форму и направление микронеровностей 
оказывают влияние режимы резания, геометрия режущего клина инструмента, качество его рабочих поверхностей, жёсткость технологической 
системы и связанный с ней уровень вынужденных колебаний (вибраций). 
10