Визначення схеми установки заготовки

Вибір схеми установки заготовки встановлюється за співвідношенням основних розмірів заготовки. Оскільки, l/d=500/70=7,1, то необхідно застосувати двоопорну установку заготовки. Для попереднього чорнового оброблення приймаємо установку заготовки в патроні та центрі.

Рисунок 3.5 – Ескіз установки заготовки та її розрахункова схема

3.3.Розрахунок складових режиму різання

3.3.1. Визначення глибини різання

Чорнове оброблення найбільш ефективно виконувати за один робочий хід і=1, відповідно до цього, глибина різання буде дорівнювати

h=(d_{заг мах}–d_H)/2=( 75,5 -70)/2=2,75(мм)

Для подальших розрахунків, приймаємо h=2,75мм

3.3.2. Визначення подачі за силами, що допускаються елементами технологічної системи оброблення

3.3.2.1. Сила різання [P_Z]_МЗ, яка допускається міцністю заготовки

[P_Z]_МЗ =W[s_ЗГ]/(Ф(l) ),

де W –момент опору перерізу заготовки, м³; [s_ЗГ]– допустиме напруження матеріалу заготовки на вигин, Па; функція Ф(l), що відповідає найбільшому значенню згинального моменту, Нм; ε –співвідношення радіальної складової сили різання Р_Y до P_Z, ця величина знаходиться в діапазоні ε=0,4…0,8.

W=Пd³(1–ß³)/32, де ß=d_вн/d, d_вн - внутрішній діаметр заготовки, d -зовнішній діаметр заготовки.

При застосуванні установки в патроні та центрі, а також в центрах, приймаємо

d –номінальний діаметр обробленої поверхні, м, к_з - коефіцієнт запасу міцності 4...5.

ß =0,02/0,07=0,28 W=3,14 (0,07)³[1–(0,28)³]/32=3,1×10^-5,(м³)

[s_ЗГ]=s_B/к_з=530×10⁶/4=132,5×10⁶,(Па)

Відповідно з урахуванням значень складових величин, отримаємо

[P_Z]_МЗ=3,1×10^-5×132,5×10⁶/0,96×10^-1×1,118= 38280,5 (Н)

3.3.2.2. Сила різання [P_Z]_ЖЗ , яка допускається жорсткістю заготовки

Сила різання, яка допускається жорсткістю заготовки, визначається за формулою:

[P_Z]_ЖЗ=C E I [∆y]/(ε l³).

Для даної заготовки можна прийняти Е=210ГПа=2,1×10¹¹Па. Для круглого перерізу І=П d⁴/64=3,14×(0,07)⁴/64=1,177×10^-6,(м⁴)

Точність оброблення заданої поверхні Æ70h10 за довідниковими даними складає Td=0,17мм.

З аналізу технологічних методів забезпечення точності оброблення встановили, що допустимий прогин заготовки може складати [∆y]=(0,25…0,5)Td

Приймаємо [∆y]=¹/₂Td=0,5×0,17×10^-3=0,085×10^-3(м)

Відповідно з урахуванням всіх даних, отримаємо:

[P_Z]_ЖЗ=102×2,1×10¹¹×1,177×10^-6×0,085×10^-3/0,5×0,4³= 74846,1, (Н) 3.3.2.3. Сила різання [P_Z]_МП, яка допускається механізмом подач верстату

[P_Z]_МП=2[P_П],

Для верстату 16Б16А найбільше зусилля, яке допускається механізмом поздовжньої подачі складає [P_П]=3050Н

Відповідно, отримаємо

[P_Z]_МП=2×3050= 6100 (Н)

3.3.2.4. Сила різання [P_Z] _ДР, яка допускається міцністю державки різця

[P_Z]_ДР =H² B [s_ЗГ]/6 l

Для верстата 16Б16А найбільші розміри державки різця, яка може бути встановлена

в різцетримачі складають H×B=25×20(мм)

Державки лезових різальних інструментів виготовлені із сталей 45 та 40Х з застосуванням термічного оброблення. Приймаємо границю міцності [s_ЗГ]=240×10⁶ Па.

При установленні різальних інструментів в різцетримачі доцільно встановлювати його виліт, що не перевищує l=1,5×H,(м),а саме: l=1,5×25×10^-3=3,75×10^-2,(м).

Відповідно, отримаємо

[P_Z]_ДР=(25×10^-3)²×20×10^-3×240×10⁶/6×3,75×10^-2= 13333,33, (Н)

3.3.2.5.Сила різання [P_Z], що допускається міцністю різальної пластини

[P_Z]_ПЛ =340 h^0,77 С^1,35 (sin 60°/sin φ)^0,8

Для державки інструменту з розмірами H×B= 25×20(мм) розміри пластини складають: l =18мм; b =16мм; C =6мм.

Відповідно, отримаємо

[P_Z]_ПЛ=340×2,75^0,77×6^1,35×(sin 60°/sin 45°)^0,8=340×1,98×11,23×1,176= 1275,2 Н

3.3.2.6.Сила різання [P_Z]_ЗЦ, яка допускається навантаженням на центр задньої бабки

За паспортними даними визначаємо найбільше радіальне навантаження, що допускають підшипники.

Обибираємо задній центр посиленої серії ХМІЗ 7032-4114, який має конус Морзе 4, допускає найбільшу частоту обертання центрового валу n≤1500об/хв та найбільше допустиме навантаження [P_У]=4000Н.

Для підвищення надійності процесу оброблення з урахуванням зношування інструменту необхідно приймати співвідношення між радіальною Р_У та головною складовою сили різання в такому діапазоні ε_зц=P_Y/P_Z=0,8…1,2 для чорнового оброблення та ε _зц=P_Y/P_Z=1,0…1,6 для чистового та завершального оброблення.

Для заданих умов приймаємо ε _зц=0,8

Відповідно

[P_Z]_ЗЦ=[P_y]/0,8= 5000 (Н)

Розрахувавши отримуємо такі значення головної складової сили різання

[P_Z]_МЗ=38280,5 (Н); [P_Z]_ЖЗ=74846,1, (Н); [P_Z]_МП=6100,Н; [P_Z]_ДР=13333,33,Н; [P_Z]_ПЛ=1275,2 (Н); [P_Z]_ЗЦ=5000(Н).

Найменше значення сили різання, яка допускається в прийнятій технологічній системі оброблення обмежується значенням [P_Z]_ЗЦ=1275,2 (Н);

Подача, яка допускається найменшою силою різання визначається за формулою

[S]=(	[PZ]ЗЦ	)	^1/Ypz
Cpz h^xpz V^npz Kpz

Коефіцієнт пропорціональності та показники степеня відповідно довідковим даним: C_pz=3000; х_pz=1,0; y_pz=0,75; n_pz= -0,15; Для вибраного інструментального матеріалу Т14К8 діапазон швидкості різання складає V=(80…120)м/хв. K_pz –поправочний коефіцієнт на змінні умови різання визначається за формулою:

Kмpz=(	450	)	^0,75	= 0,681
750

Поправочні коефіцієнти, які враховують вплив геометричних параметрів різального інструменту на силу різання визначаємо за табл. K_φpz=1,0; K_γpz=1,0;

Відповідно, отримаємо

[S]=(	1275,2	)	^1/0,75	= 0,749 (мм/об)
3000×2,75×100^-0,15×0,681

3.3.3. Визначення подачі за параметрами шорсткості поверхні, що встановлені кресленням

Подачу, яка визначається параметрами шорсткості поверхні можна розрахувати за формулою

[S]ш=Rz∙	tgφ + tgφ1
tgφ × tgφ1

R_z=4R_a=4 × 0,01=0,04мм; φ=45˚;φ₁=15˚;

Відповідно, отримаємо

[S]ш=0,04∙	1+0,268	= 0,189 (мм/об)
1×0,268

Для подальших розрахунків приймаємо менше значення подачі, що допускається, а саме [S]_ш=0,189мм/об

3.3.4. Визначення подачі, яка може бути забезпечена верстатом

Оскільки, на токарному верстаті, який вибрано для оброблення, подачі можуть мати тільки дискретні значення, необхідно скорегувати розрахункове значення подачі з наявними на верстаті значеннями подач, а саме які можуть бути встановлені на верстаті.

У відповідності до паспортних даних на верстаті є найближче менше значення подачі S_K=0,16мм/об та найближче більше значення подачі S_K+1=0,193мм/об.

Відповідно, розраховане значення подачі знаходиться в діапазоні 0,16<[S]_ш< 0,193. Перевіряємо можливість роботи з найближчим більшим значенням подачі. В даному випадку для подальших розрахунків приймаємо подачу S_K+1=0,193мм/об, оскільки 1,1 × [S]_ш=0,207>0,193

3.3.5. Визначення швидкості різання за різальними властивостями інструменту

Швидкість різання, яка допускається вибраним інструментальним матеріалом, визначається за формулою

[V]i=	Cv Kv
T^m h^xv S^yv

де за довідниковими даними C_v=350; T_н=60 для одноінструментного оброблення; m=0,2 для металокерамічних твердих сплавів (МТС); x_v=0,15; y_v=0,35, якщо 0,3<S≤0,75.

Поправочний коефіцієнт на фізико-механічні характеристики матеріалу K_mv=450/s_B для вуглецевої та легованої конструкційної сталі при обробленні МТС. K_mv=450/650= 0,692; K_nv –поправочний коефіцієнт, який враховує вплив стану поверхні заготовки на швидкість різання. За табл. для заготовок, що виготовлені куванням K_nv=0,8. K_iv –поправочний коефіцієнт, який враховує вплив марки інструментального матеріалу на швидкість різання.

При обробленні конструкційних сталей твердосплавним інструментом марки Т14К8, поправочний коефіцієнт на інструментальний матеріал буде складати K_iv=0,8.

Поправочні коефіцієнти, які враховують вплив геометричних параметрів різального інструменту на швидкість різання, визначаємо за таблицею. Для головного кута в плані

φ=45˚, K_φv=1,0; для допоміжного кута в плані φ₁=15˚, K_φ1v=0,97; для радіуса вершини r_в=1,0, K_rv=0,94; для перерізу державки різця H×B =25×20, K_sv=0,98.

Тоді загальний поправочний коефіцієнт визначається за загальною формулою:

K_v=K_mv×K_nv×K_iv×K_φv×K_φ1v×K_rv×K_sv=0,692×0,8×0,8×1,0×0,97×0,94×0,98=0,395;

Відповідно, для розрахунків приймаємо K_v=0,395.

Відповідно, отримаємо швидкість різання, яка допускається вибраним інструментальним матеріалом

[V]i=	350×0,395	=	350×0,395	= 99,46(м/хв)
60^0,2×2,75^0,15×0,193^0,35	2,27×0,63×0,562

3.3.6. Визначення швидкості різання за потужністю головного приводу верстату

Враховуючи високу вартість верстатного обладнання, необхідно використовувати в повному обсязі потужність двигуна головного приводу верстату. Відповідно, швидкість різання, яка допускається потужністю двигуна головного приводу верстату буде визначатись за формулою:

,

де N_Д – потужність двигуна головного приводу верстату, за паспортними даними верстату N_Д=4,5кВт; η –коефіцієнт корисної дії коробки швидкостей верстату, величина якого знаходиться в діапазоні η=0,75-0,85. П риймаємо для розрахунків η=0,85; K_n –коефіцієнт допустимого короткочасного перевантаження двигуна K_n=1,2.

Відповідно, отримаємо

ТУТ ТОЖЕ ПОМЕНЯЙ h

Визначаємо коефіцієнт корисної дії процесу оброблення за співвідношенням

η=	[V]в	=	187,37	=1,88
[V]i	99,46

Оскільки коефіцієнт корисної дії процесу оброблення має співвідношення [V]_в<<[V]_і, доцільно вибрати верстат з менш потужним двигуном головного приводу верстату, що забезпечить достатню продуктивність оброблення.

За даними таблиці вибираємо токарний верстат моделі 16Б16Т1, який може здійснити оброблення заданої заготовки і має такі технічні характеристики.

Найбільший діаметр оброблення над супортом - 125мм

Найбільша довжина оброблюваної заготовки - 750мм

Частоти обертання шпинделя – 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000

Поздовжні подачі – (2…1200)мм/хв в цьому діапазоні встановлюється безступенево

Потужність електродвигуна головного приводу, N_g, кВт - 4,5

Найбільше зусилля, що допускається механізмом поздовжньої подачі, [P_z]_МП, H – 3050

Найбільші розміри державки різця, яку можна встановити в різцетримачі верстату H×B,мм 25×20

Зауваження. Технічні характеристики верстату, в першу чергу, частоти обертання шпинделя та поздовжні подачі треба уважно узгоджувати з паспортними даними верстату.

З урахуванням зміни технічних характеристик металорізального верстату необхідно перевірити всі розрахунки допустимих сил різання, що допускаються в новій технологічній системі оброблення.

[P_Z]_МЗ = 38280,5 (Н), не змінюється;

[P_Z]_ЖЗ=74846,1, (Н), не змінюється.

Перші два розрахованих значення не змінюються; оскільки визначаються за геометричними характеристиками заготовки.

[P_Z]_МП=6100,(Н), не змінюється, контролювати за паспортними даними верстату;

[P_Z]_ДР=13333,33,(Н), не змінюється, оскільки не змінюються розміри державки різця; к онтролювати за паспортними даними верстату,

[P_Z]_ПЛ=1275,2 (Н), не змінюється, може змінюватись при зміні розмірів державки;

[P_Z]_ЗЦ=5000(Н), не змінюється, оскільки не змінюється конструкція заднього центру.

Відповідно, не змінюється величина подачі, яка допускається найменшою силою різання, а саме: [S]= 0,749,мм/об

Не змінюється подача, яка допускається шорсткістю поверхні що оброблюється

[ S ]_ш= 0, 189 мм/об. Для подальших розрахунків приймаємо [ S ]_ш=0,19мм/об;

Оскільки на верстаті 16Б16Т1 подачі встановлюються безступенево, то для подальших розрахунків приймаємо [ S ]_ш=0,19мм/об.

3.3.7. Визначення швидкості різання за різальними властивостями інструменту

Швидкість різання, яка допускається вибраним інструментальним матеріалом, визначається за формулою

[V]i=	Cv Kv	=	350×0,658	=	350×0,658	= 263,8м/хв
T^m h^xv S^yv	60^0,2×2,75^,15×0,19^0,35	2,27×0,63×0,355

3.3.8. Визначення швидкості різання за потужністю головного приводу верстата

Швидкість різання, яка допускається потужністю двигуна головного приводу верстату: СДЕСЬ ПОМЕНЯТЬ h

Приймаємо T_н=30-15хв, що збільшує швидкість різання, яка допускається різальними властивостями інструменту.

Для забезпечення повного використання потужності головного приводу верстата зменшуємо нормативний період стійкості інструменту і приймаємо Т_Н=45хв і визначимо швидкість різання за різальними властивостями інструменту

[V]i=	350×0,658	=	350×0,658	= 277,8(м/хв.)
45^0,2×2,75^,15×0,19^0,35	2,14×0,63×0,355

Подальше зменшення періоду стійкості інструменту недоцільно, оскільки допустиме значення швидкості різання, що допускається потужністю двигуна головного приводу верстату є вже меншим від розрахованого.

Для подальших розрахунків приймаємо меншу швидкість різання [V]_В=92,6м/хв

Коефіцієнт корисної дії процесу оброблення для визначених умов складає:

η=	[V]в	=	263,8	= 0,949
[V]i	277,8

Це підтверджує ефективність розрахованих режимів різання.

3.3.9. Визначення розрахункової частоти обертання шпинделя

У відповідності до прийнятої величини швидкості різання, визначаємо розрахункову частоту обертання шпинделя:

[n]=	1000×[V]min	=	1000×263,8	=1025,66(об/хв.)
π×D	3,14×75,5

Приймаємо для подальших розрахунків [n] =1025,66об/хв.

Оскільки, на токарному верстаті, який вибрано для оброблення, частоти обертання мають дискретні значення, необхідно скорегувати розрахункове значення частоти обертання з значеннями частот обертання, які можуть бути встановлені на верстаті.

У відповідності до технічних характеристик верстата 16Б16Т1, приймаємо такі найближчі частоти обертання шпинделя

1000<1025,66<1250

Для забезпечення максимальної продуктивності оброблення необхідно перевірити можливість призначити більшу частоту обертання шпинделя.

Умова доцільності оброблення з найближчою більшою частотою обертання виражається співвідношенням

ε ≥ φ_м ^1-у; ε =[ n ]/ n_к =1,142; φ_м = n _к+1/ n_к =1,13

φ_м ^1-у=(1,13)^0,12=0,91

1,142>0,91, що підтверджує доцільність оброблення з більшою частотою обертання шпинделя n _к+1=1250об/хв.

При переході до більшої частоти обертання шпинделя необхідно визначити подачу, яка відповідає більшій частоті обертання, а саме:

[ S ]_K+1= S (ε / φ_м)^1/y=0,19×(1,142/1,13)^1/0,88=0,38×(1,01)^1,136=0,38×1,004=0,38(мм/об)

При обробленні з частотою обертання шпинделя n _к+1=1250об/хв, приймаємо значення подачі S _K+1=0,38мм/об, оскільки подачі на верстаті 16Б16Т1 встановлюються безступенево.

Для остаточного визначення ефективних умов процесу оброблення визначаємо хвилинні подачі, що відповідають умовам оброблення з найближчими частотами обертання шпинделя: меншою n_K та більшою n_K+1:

S _{ХВ к}= n_к × S =1000×0,19=190(мм/хв.)

S _{ХВ к+1}= n _к+1× S _к+1=1250×0,38=475(мм/хв.)

Для оброблення необхідно прийняти умови процесу оброблення, що відповідають більшій хвилинній подачі, а саме:

n _к+1=1250об/хв, S _к+1=0,38мм/об

3.3.10. Визначення дійсної швидкості різання

У відповідності до частоти обертання n _к+1=1250об/хв., визначаємо величину дійсної швидкості різання

Vд=	π∙D n	=	3,14 ∙75,5∙ 1250	= 296(м/хв.)
1000	1000

Дата добавления: 2015-03-31