Обработка — это производственный процесс, в котором желаемая форма или деталь создается с помощью контролируемого удаления материала, чаще всего металла, из более крупного куска сырья путем резки. Обработка — это форма субтрактивного производства , [1] в котором используются станки , в отличие от аддитивного производства (например, 3D-печати ), в котором используется контролируемое добавление материала.
Механическая обработка является основным процессом производства многих металлических изделий , но она также может использоваться для других материалов, таких как дерево , пластик , керамика и композиты . [2] Человек, который специализируется на механической обработке, называется машинистом . Как коммерческое предприятие, механическая обработка обычно выполняется в механическом цехе , который состоит из одного или нескольких рабочих помещений, содержащих основные станки. Хотя механический цех может быть автономным предприятием, многие предприятия содержат внутренние механические цеха или инструментальные помещения, которые поддерживают их специализированные потребности. Большая часть современной механической обработки использует числовое программное управление (ЧПУ), в котором компьютеры управляют движением и работой мельниц , токарных станков и других режущих машин.
Точное значение термина «обработка» изменилось за последние полтора столетия, поскольку технологии продвинулись в нескольких направлениях. В 18 веке слово «машинист» означало человека, который строил или ремонтировал машины . Работа этого человека в основном выполнялась вручную, с использованием таких процессов, как резьба по дереву , ковка и ручная опиловка металла. В то время слесари и строители новых видов двигателей (имея в виду, более или менее, машины любого вида), такие как Джеймс Уатт или Джон Уилкинсон , соответствовали определению. Существительное «станок» и глагол « обрабатывать» ( обрабатывать, обрабатывать ) еще не существовали. [ требуется цитата ]
Примерно в середине 20-го века последние слова были придуманы, поскольку концепции, которые они описывали, получили широкое распространение. Таким образом, в эпоху машин обработка относилась к (то, что мы сегодня могли бы назвать) «традиционным» процессам обработки, таким как точение , расточка , сверление , фрезерование , протягивание , распиливание , формование , строгание , абразивная резка , развертывание и нарезание резьбы . [3] В этих «традиционных» или «обычных» процессах обработки станки , такие как токарные станки , фрезерные станки , сверлильные станки или другие, используются с острым режущим инструментом для удаления материала с целью достижения желаемой геометрии. [4]
С появлением новых технологий в эпоху после Второй мировой войны, таких как электроэрозионная обработка , электрохимическая обработка , электронно-лучевая обработка , фотохимическая обработка и ультразвуковая обработка , ретроним «обычная обработка» может использоваться для различения этих классических технологий от более новых. В настоящее время «обработка» без квалификации обычно подразумевает традиционные процессы обработки.
В десятилетия 2000-х и 2010-х годов, когда аддитивное производство (AM) вышло за рамки своих ранних лабораторных и быстрых прототипных контекстов и стало стандартным на всех этапах производства, термин субтрактивное производство стал общепринятым ретронимом в логическом контрасте с AM, охватывая по сути любые процессы удаления, также ранее охватываемые термином machining . Эти два термина фактически являются синонимами , хотя давно устоявшееся использование термина machining продолжается. Это сопоставимо с идеей о том, что глагольное значение контакта развилось из-за распространения способов связи с кем-либо (телефон, электронная почта, IM, SMS и т. д.), но не полностью заменило более ранние термины, такие как call , talk to или write to . [ необходима цитата ]
Обработка — это любой процесс, в котором режущий инструмент удаляет материал с заготовки (заготовку часто называют «обработкой»). Относительное движение требуется при традиционной обработке между устройством и заготовкой для удаления материала; нетрадиционные процессы обработки используют другие методы удаления материала, такие как электрический ток в EDM (электроэрозионная обработка). Это относительное движение достигается в большинстве операций обработки путем перемещения (боковым вращательным или боковым движением) либо инструмента, либо заготовки. Форма инструмента, относительное движение и его проникновение в заготовку создают желаемую форму результирующей рабочей поверхности.
Операции по обработке можно разделить на традиционные и нетрадиционные. В рамках традиционных операций существует две категории обработки в зависимости от формы, которую они обрабатывают: круговые формы, включающие точение, расточку, сверление, развертывание, нарезание резьбы и многое другое, и различные/прямые формы, включающие фрезерование, протягивание, пиление, шлифование и формование.
Режущий инструмент имеет одну или несколько острых режущих кромок и изготовлен из более твердого материала, чем обрабатываемый материал. Режущая кромка служит для отделения стружки от исходного обрабатываемого материала. С режущей кромкой соединены две поверхности инструмента:
Передняя поверхность, которая направляет поток вновь образованной стружки, ориентирована под определенным углом и называется передним углом «α». Он измеряется относительно плоскости, перпендикулярной рабочей поверхности. Передний угол может быть положительным или отрицательным. Боковая поверхность инструмента обеспечивает зазор между инструментом и вновь образованной рабочей поверхностью, тем самым защищая поверхность от истирания, которое может ухудшить качество отделки. Этот угол между рабочей и боковой поверхностями называется задним углом. Существует два основных типа режущих инструментов:
Одноточечный инструмент имеет одну режущую кромку для токарной обработки, расточки и строгания. Во время обработки острие инструмента проникает ниже исходной рабочей поверхности обрабатываемой детали. Факт иногда округляется до определенного радиуса, называемого радиусом носа.
Многолезвийные инструменты имеют более одной режущей кромки и обычно достигают своего движения относительно обрабатываемой детали путем вращения. Сверление и фрезерование используют токарные многолезвийные инструменты. Хотя формы этих инструментов отличаются от одноточечного устройства, многие элементы геометрии инструмента схожи.
Незаконченная заготовка, требующая обработки, должна иметь срезанный материал для создания готового продукта. Готовым продуктом будет заготовка, которая соответствует спецификациям, установленным для этой заготовки инженерными чертежами или чертежами . Например, заготовка может требовать определенного внешнего диаметра. Токарный станок — это станок, который может создавать этот диаметр путем вращения металлической заготовки так, чтобы режущий инструмент мог срезать металл, создавая гладкую круглую поверхность, соответствующую требуемому диаметру и отделке поверхности. Сверло может удалять металл в форме цилиндрического отверстия. Другими инструментами, которые могут использоваться для удаления металла, являются фрезерные станки, пилы и шлифовальные станки . Многие из этих же методов используются в деревообработке .
Обработка требует внимания ко многим деталям, чтобы заготовка соответствовала спецификациям в инженерных чертежах или чертежах. Помимо очевидных проблем, связанных с правильными размерами, существует проблема достижения правильной отделки или гладкости поверхности заготовки. Низкое качество отделки, обнаруженное на обработанной поверхности заготовки, может быть вызвано неправильным зажимом , тупым инструментом или ненадлежащей презентацией устройства. Часто эта плохая отделка поверхности, известная как дребезжание, проявляется в виде волнообразной или регулярной отделки волн на обработанных поверхностях заготовки.
Для выполнения операции обработки требуется относительное движение между инструментом и заготовкой. Основное действие выполняется с определенной скоростью резания . Кроме того, устройство должно перемещаться в поперечном направлении поперек заготовки. Это гораздо более медленное движение, называемое подачей. Оставшийся размер реза — это проникновение режущего инструмента ниже исходной рабочей поверхности, достигающее глубины реза. Скорость, подача и глубина реза называются условиями резания. [6] Они образуют три измерения процесса обработки, и для определенных операций их произведение может использоваться для получения скорости съема материала для процесса:
где
Операции механической обработки обычно делятся на две категории, различающиеся по назначению и условиям резания:
Черновые резы используются для удаления большого количества материала с исходной детали как можно быстрее, т. е. со значительной скоростью съема материала (MRR), для получения формы, близкой к желаемой форме, но с оставлением некоторого материала на детали для последующей чистовой операции. Чистовые резы завершают деталь и достигают окончательных размеров, допусков и чистоты поверхности. В производственных работах по обработке обычно выполняется один или несколько черновых резов на заготовке, за которыми следует один или два чистовых резов. Черновые операции выполняются на высоких подачах и глубинах — типичными являются подачи 0,4–1,25 мм/об (0,015–0,050 дюйма/об) и глубины 2,5–20 мм (0,100–0,750 дюйма), но фактические значения зависят от материалов заготовки. Чистовые операции выполняются с малыми подачами и глубинами — типичными являются скорости 0,0125–0,04 мм/об (0,0005–0,0015 дюйма/об) и глубины 0,75–2,0 мм (0,030–0,075 дюйма). [ необходима цитата ] Скорости резания при черновой обработке ниже, чем при чистовой.
Смазочно -охлаждающая жидкость часто применяется в процессе обработки для охлаждения и смазки режущего инструмента. Определение того, следует ли использовать смазочно-охлаждающую жидкость, и, если да, то выбор подходящей смазочно-охлаждающей жидкости обычно входит в область условий резания.
Сегодня все большую популярность приобретают другие формы резки металла. Примером этого является водоструйная резка. Водоструйная резка подразумевает использование воды под давлением более 620 МПа (90 000 фунтов на квадратный дюйм) и может резать металл и иметь готовое изделие. Этот процесс называется холодной резкой, которая исключает повреждения, вызванные зоной термического воздействия, в отличие от лазерной и плазменной резки .
С недавним распространением технологий аддитивного производства традиционная механическая обработка была ретронимично классифицирована, в мышлении и языке, как метод субтрактивного производства . В узких контекстах аддитивные и субтрактивные методы могут конкурировать друг с другом. В широком контексте целых отраслей их отношения являются взаимодополняющими. Каждый метод имеет свои преимущества перед другим. В то время как методы аддитивного производства могут производить очень сложные конструкции прототипов, которые невозможно воспроизвести с помощью механической обработки, прочность и выбор материала могут быть ограничены. [7]
