Седельников А.И. Методические указания

Подождите немного. Документ загружается.

вия теплоотвода из зоны резания, поэтому температура резания растет незначи-

тельно. Следовательно, наиболее целесообразно работать с максимально воз-

можным значением глубины резания. Учитывая выше сказанное, ее выбирают

или рассчитывают в первую очередь.

Подача больше влияет на стойкость инструмента, чем глубина резания, т.к.

в большей степени влияет на температуру в зоне резания.

Известно, что количество выделяемой в минуту теплоты в зоне резания (Q)

определяется по формуле:

Q =

427

ккал

мин

(2)

где P

– тангенциальная составляющая силы резания.

Из формулы видно, что количество выделившейся теплоты, а следователь-

но, и следовательно и температура растут практически пропорционально уве-

личению скорости резания (V). Известно, что скорость очень незначительно

влияет на силу резания. Также известно, что составляющая силы резания P

рас-

тет не пропорционально увеличению подачи (S). Степень влияния составляет

около 0,75. Это значит, что увеличение подачи в меньшей степени увеличивает

количество теплоты, а следовательно меньше, чем скорость влияет на темпера-

туру резания и стойкость инструмента.

В связи с вышеизложенным, выбирают или рассчитывают максимально

допустимую подачу, а лишь затем назначают скорость резания.

1.5. Определение глубины резания

Общий припуск (t

) при продольном точении определяется как полураз-

ность диаметров заготовки (D

) и обработанной детали (d):

,( )мм

(3)

Глубину резания необходимо назначить возможно большей с тем, чтобы

сократить число проходов и повысить производительность обработки.

Но глубина резания не может быть больше припуска. Кроме того, она ог-

раничивается габаритами пластинки и виброустойчивостью технологической

системы станок, приспособление, инструмент, деталь.

При необходимости получения высокой точности и низкой шероховатости

следует разделить припуск на черновую (предварительную) и чистовую (окон-

чательную) обработки, ввиду копирования погрешности заготовки и коробле-

ния детали (из-за снятия корки или большого припуска). К тому же увеличение

глубины резания при чистовой обработке уменьшает в значительной степени

величину подачи, а следовательно, может привести к потере производительно-

сти.

Если обработка ведется за один проход, то глубина равняется общему при-

пуску:

t = t

,( )мм

(4)

Если обработка ведется за два и более прохода, то межоперационные при-

пуски рассчитываются по известной методике или выбираются по таблицам [1,

стр. 162-199].

На окончательных операциях обработки припуск должен составлять не бо-

лее 0,5 мм, на промежуточных – от 0,5 до 5 мм, на предварительных может

быть больше 5 мм.

Размеры твердосплавных пластинок для токарных резцов определяются

ГОСТ 2209-69, пластинок из быстрорежущей стали ГОСТ 2379-67, неперетачи-

ваемых твердосплавных пластинок ТУ МКТС 560-62, ВНИИ [2] стр. 141-148.

1.6. Расчет подачи

На выбор подачи накладываются целый ряд ограничений. Причем ограни-

чения подачи для черновой и чистовой обработок различные.

I При черновой обработке ограничения связаны, прежде всего, с действующей

силой резания. Подача ограничена:

) прочностью державки резца;

) прочностью пластинки твердого сплава;

) прочностью механизма подач;

) жесткостью державки резца.

II При чистовой обработке ограничения связаны с качеством обработанной по-

верхности (технологические ограничения):

) точность обработки;

) шероховатость обработанной поверхности.

Кроме того, существуют ограничения общие для черновой и чистовой обра-

боток.

III Кинематические ограничения: минимальная и максимальная подача станка.

IV Ограничения, связанные с особенностью процесса резания при лезвийной

обработке: минимальная толщина срезаемого слоя определяется радиусом

скруглений главной режущей кромки. Поэтому подача при работе лезвий-

ным инструментом из быстрорежущей стали не должна быть менее

0,01…0,03 мм/об, из твердого сплава – менее 0,1 мм/об. В случае примене-

ния доводки эти пределы могут быть несколько уменьшены, при условии

малых нагрузок на режущую кромку.

Если обработка ведется за один проход, то при расчете подачи необходимо

произвести ее проверку по ограничениям как чистовой, так и чистовой обра-

ботки.

Рассмотрим подробнее основные ограничения на подачу.

1.1.1. Ограничения на подачу при черновой обработке

Подача, допустимая прочностью державки резца, рассчитывается по фор-

муле:

[]S

≤

[]

60 С

мм

об

(5)

где В, Н – ширина и высота державки резца, м; [4, стр. 45]

[]

– допустимое напряжение на изгиб материала державки резца, МПа;

[3, стр. 86]

– эмпирические коэффициент и показатели степеней;

(табл. 22 [6] стр. 273 или [2] стр. 429)

– вылет резца, м; (

= (1...1,5)H

, [4] стр. 45)

– поправочный коэффициент,

(6)

Здесь

– поправочные коэффициенты, учитывающие

влияние, соответственно, механических свойств обрабатываемого материала,

главного угла в плане, переднего угла, радиуса при вершине и угла наклона ре-

жущей кромки. (табл. 9, 10, 23 [6] стр. 264-275 или [2] стр. 430)

Формула 2 получена из условия прочности державки:

≤

[]

,Нм

(7)

где

= P

– изгибающий момент от составляющей силы резания, Нм;

И =

ВН

– момент сопротивления изгибу, м.

Составляющая P

силы резания может быть получена в виде эмпирической

зависимости:

=10 C

(8)

Откуда видно, что

S =

10 C

мм

об

(9)

Выразив P

через

[]

и подставив ее в формулу 9, получим формулу 5

Подача, допустимая жесткостью державки, определяется по формуле:

≤

[]f

B H

40 C

Xpz

мм

об

(10)

где

[]f

– допустимая величина прогиба резца (при черновой обработке

[]f

= 0,0001м

)

– модуль упругости материала державки, Па (сталь 20…22·10

Па, чу-

гун 9…16·10

Па). Формула 10 получена из условия жесткости:

3 E

≤

[]f

,м

(11)

где

≅

– момент инерции державки резца.

Подставив в формулу 11 выражение для P

(формула 8) и J

, и решив отно-

сительно S, получим формулу 10.

Подача, допустимая прочностью твердосплавной пластинки.

При черновой обработке резцами, оснащенными пластинками из твердого

сплава, подача часто ограничивается прочностью этой пластинки:

[]S

34 t

0,17 Xpz

0,35

sin 60

0,8

sin

0,8

Ypz

, мм/об (12)

где q – толщина пластинки твердого сплава, мм (q = 4…5 мм)

Формула 12 получена на основании эмпирической зависимости для расчета

максимально допустимого усилия на пластинку:

[]P

= 340 t

0,17

1,35

sin 60

sin

0,8

, H

(13)

Подставив вместо P

ее выражение из формулы 8, и решив относительно S,

получим формулу 10.

Подача, допустимая прочностью механизма подач станка, рассчитывается

по формуле:

[]S

5 C

Xpz

Ypz

мм

об

(14)

где Q – максимально допустимое усилие подачи по паспорту станка, Н.

Сила, действующая на механизм подачи, может быть определена по фор-

муле:

= P

,H +

(15)

где f

– коэффициент трения между суппортом и направляющими станка

=0,1).

не должна быть больше Q, т.е.

= Q

(16)

Для упрощения можно считать, что P

=0,4·P

([5] стр. 123), тогда

=0,5·P

Подставив в выражение 16 значение P

, а затем выражение P

из формулы

8 и решив относительно S, получим формулу 14.

Подача при черновой обработке не должна превышать ни одну из рассчи-

танных выше подач. Она выбирается по таблицам ([2] стр. 266) и уточняется по

ряду подач, имеющихся на выбранном станке (табл. П.1.3).

1.1.2. Ограничения на подачу при чистовой обработке

Подача, допустимая заданной шероховатостью обработанной поверхности,

определяется по формуле:

[]S

≤

мм

об

(17)

где Rz – высота микронеровностей, мкм;

r – радиус при вершине резца в плане;

Сpz, x, y, z, u – эмпирические коэффициент и показатели степеней (табл.

П.1.1).

Подача, допустимая заданной точностью обработки, вычисляется из выра-

жения:

≤

0,0001

Xpz

057cos

ст

мм

об

(18)

где

ст

= 5290 D

max

0,24

– жесткость станка (D

max

– максимальный диаметр обра-

батываемой детали по паспорту станка)

0,03 A

– жесткость детали, Н/м.

(D – диаметр детали, м;

А – коэффициент, определяющий жесткость закрепления детали (кон-

сольно в патроне А=3, в центрах А=48, в патроне с поджимом задним

центром А=110);

L – длина детали, м);

B H

4 l

– жесткость резца, Н/м;

δ – величина поля допуска выполняемого размера, мм;

α – коэффициент, определяющий допустимую долю погрешности обработ-

ки (α = 0,4…0,5);

, E

– модули упругости (сталь – 20…22·10

Па, чугун – 9…16·10

Па).

Подача при чистовой обработке не должна превышать не одну из рассчи-

танных выше подач. Она подбирается из ряда подач, имеющихся на выбранном

станке (табл. П.1.3).

1.7. Выбор периода стойкости инструмента

Как уже отмечалось выше, скорость резания оказывает наибольшее влия-

ние на стойкость инструмента, а это значит, что выбранный период стойкости

существенно влияет на допустимую скорость. Поэтому необходимо правильно

выбрать период стойкости в соответствии с типом производства и экономиче-

скими соображениями, т.е. найти оптимальный для данного типа производства

период стойкости.

Прежде всего, необходимо выбрать критерий оптимальности. Наиболее

распространенные критерии – наибольшая производительность, наименьшая

себестоимость операции, минимальные расходы на эксплуатацию режущего

инструмента.

Показатель «наибольшая производительность оборудования» обеспечивает

достижение максимальной выработки рабочего. Он обычно применяется при

ликвидации узких мест в условиях крупносерийного производства. В этом слу-

чае период стойкости инструмента рассчитывается по формуле ([5] стр.452):

T =

()1 m

,мин

(19)

где m – показатель относительной стойкости;

– время на смену инструмента и настройки на размер.

Показатель «наименьшие затраты на эксплуатацию инструмента» исполь-

зуется в тех случаях, когда возникает необходимость экономии дефицитного

режущего инструмента, замена которого по тем или иным причинам не жела-

тельна. Этот критерий предполагает наличие минимума стоимости инструмен-

та, отнесенной к одной детали, и чаще всего используется в единичном про-

изводстве.

Период стойкости в этом случае вычисляется по формуле ([5] стр. 453):

T =( )1 m T

ПР

,мин

(20)

где Т

ПР

– максимально достижимое значение стойкости (при обработке стали

твердосплавным резцом Т

ПР

= 600 мин, при обработке чугуна - Т

ПР

= 1500

мин).

Показатель «наименьшая себестоимость обработки» – наиболее часто ис-

пользуемый критерий. Он отличается от первого тем, что здесь учитывается не

только максимальная производительность, но и затраты на инструмент и экс-

плуатацию оборудования и заработную плату станочника. Период стойкости

при выборе этого критерия оптимальности рассчитывается по формуле ([5] стр.

454):

[]

(

)

ESmmT

mсм

//)1(

−

(21)

где S’–затраты, связанные с изготовлением и эксплуатацией режущего инст-

румента, отнесенные к периоду стойкости (40…100 руб.);

E – себестоимость «станко-минуты», т.е. сумма заработной платы рабочего

станочника и стоимости эксплуатации станка, отнесенные к одной минуте (для

универсальных станков 15…25 руб., для станков с ЧПУ – 25…100 руб.).

1.8. Расчет скорости резания

Расчет скорости резания выполняется раздельно для черновой и чистовой

обработок по общей эмпирической формуле:

V =

мин

(22)

где

= K

ПV

- поправочный коэффициент;

– коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане;

– коэффициент, учитывающий влияние марки инструментального ма-

териала;

– коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине резца;

ПV

– коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

– коэффициент, учитывающий механические свойства и группу обра-

батываемого материала;

– эмпирические коэффициент и показатели степеней (см.

таблицы 1-6, 17, 18 [6] стр. 261-270).

После получения расчетных скоростей вычисляются частоты вращения

шпинделя:

1000

об

мин

(23)

где D – наибольший диаметр в мм: при черновом точении диаметр заготовки,

при чистовом – предварительно обработанной поверхности.

Рассчитанные значения корректируются по паспорту станка (табл. П.1.4).

Если ближайшее большее значение частоты вращения шпинделя превышает

расчетное не более чем на 12%, то для дальнейших расчетов принимается оно.

В противном случае принимается ближайшее меньшее значение.

Далее необходимо рассчитать действительные скорости резания с учетом

откорректированных частот вращения:

V =

1000

мин

(24)

1.9. Расчет мощности привода

Таким образом рассчитаны все элементы режима резания: V, S и t. Теперь

необходимо проверить мощность предварительно выбранного станка. Проверку

обычно производят только для черновой обработки.

Эффективную мощность, затрачиваемую на резание, рассчитывают по

формуле:

60 1020

,кВт

(24)

Подставив вместо P

ее выражение из формулы 8, получим:

10 C

60 1020

,кВт

(25)

Мощность привода станка рассчитывается с учетом к.п.д.:

СТ

,кВт

(26)

где η = 0,7…0,8 – коэффициент полезного действия станка.

Полученный результат сравнивают с паспортной мощностью и при необ-

ходимости корректируют выбор станка.

1.10. Расчет машинного времени

Машинное время рассчитывают по формуле:

МАШ

,( )мин

(28)

где S – подача, мм/об;

n – частота вращения шпинделя, об/мин;

Р.Х.

– длина рабочего хода инструмента с учетом врезания и перебега, мм:

= Ly

+ y

где L – длина обрабатываемой поверхности, мм;

– длина врезания, мм:

– перебег, мм:

=0,672 t

Список литературы

1. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Изд-во 3-е перераб. Том

1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. – М., Машиностроение,

1972. – 694 с.: ил.

2. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Изд-во 3-е перераб. Том

2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. – М., Машиностроение,

1972. – 694 с.: ил.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. В 3-х т. Изд.

5-е перераб. и доп. том 1 / Под ред. А.Н. Малова. - М., Машиностроение,

1980.-228 с.: ил.

4. Металлорежущие инструменты: Учебник для ВУЗов по специальности

«Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструмен-

ты» /Г.Н.Сахаров, О.В.Арбузов, Ю.Л.Боровой и др. – М., Машиностроение,

1989.–328 с.: ил.

5. Ящеричин П.И. и др. Теория резания. Физические и тепловые процессы в

технологических системах: Учебник для ВУЗов.-Мн.: Выш. шк., 1990. -

512 с., ил.

6. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Изд.4-е переработ. и

доп. том 2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. -

М.:Машиностроение, 1985.–496 с.: ил.

7. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. – М.: Машиностроение,

1975. – 344 с. с ил.

8. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для маши-

ностр. и приборостр. спец. вузов. – Мн.: Высш. шк., 1985 – 304 с. с ил.

9. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического

нормирования работ на металлорежущих станках. Ч. 1-3 Изд. 3-е. – М.:

ЦЕНТНИИ труда, 1978. – 360 с.

Приложение 1

Таблица П.1.1

Значение коэффициентов и показателей степеней

при расчете подачи, ограниченной шероховатости

Обрабатываемый материал Cr X Y Z U

Сталь конструкционная

стальное литье 1.25 0.3 0.5 0.35 0.7

сталь нержавеющая

Чугун, Бронза 22 0.25 1.25 0.5 0.75

Седельников А.И. Методические указания - Расчет режимов резания

Подождите немного. Документ загружается.