Расчет режимов резания при обработке детали

ЛЕКЦИЯ № 16

К режимам резания относятся глубина резания, подача и скорость резания. Сначала назначают глубину резания, затем подачу и после этого рассчитывают скорость резания.

Исходными данными для расчета режимов резания являются:

наименование и марка материала обрабатываемой заготовки, а также его физико-механические свойства;

размеры (допуски, погрешности формы детали, относительное положение поверхностей) и геометрическая форма обрабатываемой заготовки;

технические требования на изготовление детали;

материал, типоразмер и геометрические параметры режущей части инструмента;

паспортные характеристики выбранного оборудования.

При обработке заготовки за один проход глубина резания равна величине рассчитанного ранее припуска. Если обработка ведется на несколько проходов инструмента, то глубина резания назначается максимально возможной для уменьшения числа рабочих ходов инструмента. При чистовой обработке глубина резания назначается исходя из условий обеспечения заданной точности обработки и шероховатости поверхности.

Подачу выбирают максимально технологически доступную. При черновой обработке подача лимитируется прочностью и жесткостью технологической системы СПИД (станок − приспособление − инструмент − деталь), а при чистовой – точностью получаемого размера и шероховатостью обрабатываемой поверхности.

Величину подачи определяют расчетным путем и по таблицам. Расчетный метод является более точным, но он трудоемок и сложен. Кроме того, корректировка расчетного значения подачи по станку делает этот метод малоэффективным. Выбор подачи по таблицам исключает сложные расчеты и позволяет принять значения подач скорректированных по станку. Значения подач для различных видов обработки (черновая, чистовая и т. д.) и различных операций (токарная, фрезерная и т. д.) принимаются по таблицам.

При выборе подачи следует иметь ввиду, что она оказывает существенное влияние на качество обрабатываемой поверхности (рис. 16.1).

При малых подачах (до 0,2 мм/об) шероховатость обрабатываемой поверхности остается практически постоянной. При подачах более 0,2 мм/об, происходит резкое увеличение шероховатости поверхности. Поэтому на окончательных переходах токарной обработки (чистовое, тонкое точение), когда требуется обеспечить заданную шероховатость поверхности, подачу следует принимать до 0,2 мм/об.

R_z, мкм

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

s, мм/об

Рис. 16.1. Зависимость шероховатости поверхности от подачи при постоянной

скорости и глубине резания при токарной обработке

Скорость резания определяют расчетным методом и по таблицам. Расчет производят на основе теории резания металлов. Этот способ является наиболее точным, но эффективность его применения снижается из-за необходимости корректировки полученного значения скорости по станку. Следовательно, действительная скорость резания всегда отличается от скорости резания, полученной расчетами. Табличный метод определения скорости резания значительно проще расчетного. Сущность метода заключается в том, что необходимую скорость резания определяют по специальным таблицам в зависимости от глубины резания, подачи и других факторов, а затем уточняют ее применительно к конкретным условиям обработки введением соответствующих поправочных коэффициентов.

Рассмотрим некоторые примеры определения скорости резания на различных методов обработки.

Выбор режимов резания на токарную обработку

Выбор режимов резания выполняют в следующей последовательности.

1. Выбирают рациональные марки инструментального материала и геометрические параметры инструмента.

Точение и растачивание деталей из труднообрабатываемых ста­лей и сплавов рекомендуется производить резцом с пластинками твердых сплавов. Резцы из быстрорежущей стали, в большинстве случаев марок Р6М5 и Р9К5, применяют при обработке прерывистых поверхностей, поверхностей сложного профиля, а также при нареза­нии специальных резьб.

Марки режущей части режущего инструмента для точения деталей из сталей и сплавов приведены в справочной литературе.

При обработке точных деталей с малыми подачами (0,02…0,06 мм/об.) не рекомендуется выполнять упрочняющую фаску на передней поверхности резцов; значение переднего угла уменьшается до 8…10° при обработке легкообрабатываемых материалов и до 3…5° при тонком точении труднообрабатываемых сталей и сплавов. При чистовой обработке любых материалов значения заднего угла a выдерживают в пределах 10…12°. За критерий притупления принимают износ по задней грани инструмента: 0,5 мм при чистовом и получистовом точении, 0,8…1,0 при предварительном и грубом точении. Указанные значения износа соответствуют стойкости режущего инструмента Т = 60 мин для резцов, оснащенных твердым сплавом.

В ряде случаев механической обработки назначение величины подачи связано с необходимостью получения заданной шероховатости обработанной поверхности.

Расчетные зависимости позволяют установить скорости резания применительно к процессу точения деталей при жесткой системе СПИД без использования каких-либо технологических сред. При точении маложестких тонкостенных деталей скорости резания следует умножить на коэффициент K = 0,5. Зависимости определяются при оптимальной стойкости резцов, которая при чистовой, получистовой и предварительной обработках соответствует Т = 60 мин. для уточнения расчетов, применительно к конкретным условиям обработки, установленные значения скорости резания должны быть скорректированы поправочными коэффициентами, зависящими от марки обрабатываемого материала, наличия или отсутствия охлаждения, характера обработки и т. д.

Для материалов I–III групп поправочным коэффициентом, отражающим отношение фактической скорости резания к расчетной величине, в зависимости от марки обрабатываемого материала, следует принять коэффициент обрабатываемости данной марки стали по сравнению со сталью 45.

Поправочные коэффициенты на скорость обработки в зависимости от марки обрабатываемого материала и конкретных условий обработки для сталей и сплавов приведены в таблицах. Для подтверждения осуществимости выбранного режима обработки необходимо дополнительно провести аналитическую оценку усилия резания и эффективной мощности на шпинделе станка.

Рассмотрим пример расчета режимов резания при токарной обработке труднообрабатываемых материалов

Исходные данные. Деталь – валик. Операция – предварительное обтачивание по наружному диаметру до 76 мм на длину 250 мм за один проход. Обрабатываемый материал – прокат, нержавеющая сталь мартенситного класса ЭИ961 (1Х12Н2ВМФ), s = 900 МПа соответствует группе II. Размер заготовки Æ80´320 мм. Состояние поверхности заготовки – без корки. Станок – токарно-винторезный, модель I6K20.

Режущий инструмент – резец проходной с пластинкой из твердого сплава TI5K6, размер державки резца 25´16 мм, главный угол в плане g = 45°.

Стойкость резца 45 мин. Работа с охлаждением.

Расчет режимов резания выполняют в следующем порядке.

1. при черновой обработке назначают глубину резания, равную припуску t = 2 мм.

2. Определяют группу обрабатываемости стали.

Сталь ЭИ961 (1Х12Н2ВМФ) соответствует группе II.

3. определяют подачу, величина которой для обработки стали
II групппы марки ЭИ961 с размером державки резца 25´16, диаметром
обработки 80 мм, глубиной резания t = 2 мм рекомендуется в пределах
S ₀ = 0,4…0,5 мм/об. Определяют среднее значение подачи S _о = 0,45 мм/об, которое сопоставляют с паспортными данными станка. По паспорту станка принимают ближайшее значение подачи (обычно в сторону занижения). Окончательно назначают подачу S ₀ = 0,4 мм/об.

4. Определяем скорость резания по формуле

, (16.1)

где С – постоянный коэффициент, зависящий от условий обработки, (в принятом примере С = 360); X_v – показатель степени глубины резания (в принятом примере X _v = 0,15); Y_v – показатель степени при подаче (для данного примера Y _v = 0,45; m – показатель степени стойкости инструмента (m = 0,35 при Т = 60 мин).

Значения коэффициентов С, X_v, Y_v, m принимаем из таблиц.

Основные параметры технической характеристики станка приведены в табл. 16.1.

Таблица 16.1

Основные паспортные данные станка 16К20

Частота вращения шпинделя п, 1/мин.	12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1200; 1600
Продольная подача so, мм/об.	0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0, 175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7
Наибольшее усилие резания, допускаемое механизмом подачи, Н	В продольном направлении на резце – 5 884
Наибольшая допустимая мощность, кВт

Определяем скорость резания по формуле (16.1)

Вводим поправочные коэффициенты на скорость резания: в зависимости от марки обрабатываемого материала ЭИ961 k = 1,3, периода стойкости резца Т = 45 мин, k_V = 1,1 и наличия охлаждения (с охлаждением k_v = 1,1).

C учетом всех коэффициентов скорость резания равна

V = 117×1,3×1,1×1×1 = 184 м/мин.

5. По установленной скорости резания определяют частоту вращения шпинделя:

. (16.2)

По паспорту станка принимаем ближайшее значение частоты вращения шпинделя (обычно в сторону занижения) n = 630 1/мин. При этом фактическая скорость резания равна

. (16.3)

6. Усилие резания Р_z и эффективную мощность N определяют по данным:

; (16.4)

, кВт. (16.5)

Расчетные значения Р_z = 1901Н и мощности N = 5 кВт сопоставляют с паспортными данными станка. Из сравнения видно, что установленные расчетные значения Р_z и N не превышают усилия резания, допускаемого механизмом подачи станка, и эффективной мощности на шпинделе станка. Следовательно, выбранный режим осуществим.

Если мощность станка недостаточна для выполнения операции, то глубину резания разделяют на несколько проходов и выполняют проверочный расчет начиная с п. 1.

Режимы резания при предварительном фрезеровании

Расчет режимов резания при фрезеровании ведется в следующей последовательности.

1. Назначают глубину резания t, мм.

2. Назначают величину подачи на зуб фрезы S_z, мм/зуб.

3. Задают по справочным данным стойкость фрезы Т, мин.

4. Определяют скорость резания V_y м/мин, допускаемую режущими свойствами инструмента:

, (16.6)

где D – диаметр фрезы, мм; В – ширина фрезерования, мм; Z – число зубьев фрезы;, q_v, m, у_v, u_v, р_v, k_v – коэффициенты, учитывающие условия обработки (выбирают из справочной литературы).

5. Определяют частоту вращения фрезы п, мин^–1:

. (16.7)

Полученную частоту вращения корректируют по паспорту станка и принимают в качестве фактической п _ф.

6. Определяют фактическую скорость резания V _ф м/мин:

7. Определяют скорость подачи V_s, мм/мин:

. (16.8)

Полученное значение скорости подачи корректируют по паспорту станка и принимают в качестве фактического.

8. Определяют фактическую подачу на один зуб фрезы s _{z ф}, мм/зуб:

. (16.9)

9. Определяют величину силы резания Р_z, Н:

, (16.10)

где С_р, х_р, у_р, u_p, q_p, w _p, k_p – коэффициенты, характеризующие условия обработки (выбираются из таблиц).

10. Определяют мощность резания N_p, кВт:

. (16.11)

11. Определяют необходимую мощность электродвигателя станка N _э, кВт:

, (16.12)

где h – КПД кинематической цепи станка.

Для осуществления процесса резания необходимо, чтобы выполнялось условие

N _э £ N _cт,

где N _cт – мощность электродвигателя главного привода выбранного станка.

При невыполнении этого условия необходимо перейти на ближайшую меньшую частоту вращения фрезы, а для этого пересчитать V _ф, V _s, S_{z ф}, P_z и проверить неравенство N _э £ N _cт.

12. Определяют основное технологическое время Т _о, мин:

, (16.13)

где l – длина обработки, мм; у – величина врезания инструмента, мм; – величина перебега инструмента, мм; s_{мин ф} – подача минутная фактическая, мм/мин.

Расчет режимов резания при окончательном фрезеровании производят в той же последовательности, что и при предварительном, с той лишь разницей, что при окончательном фрезеровании по таблицам нормативов назначают подачу на один оборот фрезы s _о, мм/об., по которой в дальнейшем вычисляют величину подачи на один зуб s _z, мм/зуб:

. (16.14)

Результаты расчета режимов резания заносят в соответствующие графы при заполнении технологического процесса.

Расчет режимов резания при сверлении

Выполняют в следующей последовательности:

1. Определяют наибольшую технологически допускаемую подачу. Для этого по таблицам нормативов выбирают соответствующую величину подачи S _н и подсчитывают подачи, допускаемые прочностью сверла S _п.с и механизма подачи станка S _м.п, мм/об.:

; (16.15)

, (16.16)

где D – диаметр инструмента, мм; C_s – коэффициент, зависящий от характеристики обрабатываемого материала (по табл. 16.2); – наибольшая сила, допускаемая прочностью механизма подачи станка (из технической характеристики станка), Н; С_р, у_р, q_p, k_mp – коэффициенты, характеризующие условия обработки (выбираются из справочника).

Для сверл, оснащенных твердым сплавом ВК, рекомендуется C_s = 0,1 при обработке чугуна НВ < 200 и C_s = 0,07 для чугуна НВ > 200.

Из всех найденных подач S _н, S_{n .c}, S _{м. n} выбирают наименьшую, которая является технологически наиболее допускаемой подачей. В зависимости от глубины сверления величину подачи необходимо уменьшить, умножая ее на коэффициент k_ls.

Таблица 16.2

Значения коэффициента C_s для сверл из быстрорежущей стали

Обрабатываемый материал	dв, МПа	Сs	Обрабатываемый материал	НВ	Сs
Конструкционная сталь То же » »	< 900   > 900 <1100 > 1100	0,064   0,05   0,038	Чугун Чугун Цветные металлы	< 170 > 170	0,125 0,075   0,125

Значения коэффициента k_ls в зависимости от глубины сверления:

Глубина сверления l, мм 30 50 70 100

Коэффициент k _ls 1,0 0,9 0,8 0,75

Подачу также уменьшают, учитывая рекомендации справочников:

а) при сверлении отверстий с точностью 11...14-го квалитетов в заготовках средней жесткости или под последующую обработку сверлом, зенкером или резцом вводят коэффициент k _т.ф = 0,75;

б) при сверлении точных отверстий с последующей обработкой развертками или нарезанием резьбы метчиками, при сверлении отверстий центровочными сверлами, а также при сверлении отверстий в заготовках малой жесткости и с неустойчивыми опорными поверхностями вводят коэффициент k _т.ф = 0,5.

Уточненную величину подачи корректируют по паспорту и принимают в качестве фактической.

1. Задавшись стойкостью сверла Т, мин, определяют скорость резания V, м/мин, допускаемую прочностью инструмента по формуле

, (16.17)

где С_V, q_V, т, x_V, у_V, k_V – коэффициенты, зависящие от условий обработки (выбираются из справочника; s – принятая скорость подачи, мм/мин; t – глубина резания, мм.

3. Определяют частоту вращения сверла п, мин^–1

. (16.18)

Полученную частоту вращения корректируют по паспорту станка и принимают в качестве фактической п _ф (п _ст).

2. Определяют фактическую скорость резания V _ф, м/мин

. (16.19)

5. Определяют крутящий момент на сверле М _кр, Н×м

, (16.20)

где С _м, q _м, y _м, k _м – коэффициенты, характеризующие условия обработки (выбираются из справочника).

6. Определяют осевую силу резания Р_о, Н

. (16.21)

7. Определяют мощность резания, N_p, кВт

. (16.23)

8. Определяют необходимую мощность электродвигателя N _э, кВт

, (16.24)

где h – КПД кинематической цепи станка.

Для резания необходимо, чтобы N _э £ N _ст._. При невыполнении этого неравенства следует перейти на меньшую частоту вращения сверла по паспорту станка, затем подсчитать М _кр, N_p и снова проверить условие N _э £ N _ст.

9. Определяют основное технологическое время Т _о, мин

, (16.25)

где l – длина обработки, мм; у – величина врезания инструмента, мм; – величина перебега инструмента, мм.

Последовательность расчета для операций рассверливания, зенкеро-
вания, развертывания та же, что и для сверления. Особенностью расчета являются выбор глубины резания, подачи, расчет крутящего момента и осевой силы.

Табличный метод определения режимов резания значительно проще расчетного. Сущность метода состоит в том, что скорость резания выбирают из таблиц в зависимости от глубины резания, подачи и других факторов. Затем табличное значение скорости резания корректируют в соответствии с конкретными условиями обработки, путем введения поправочных коэффициентов.

Рассмотрим табличный способ определения скорости резания на примере токарной обработки поверхности Ø40 f 7 зубчатого колеса (рис. 16.2).

Ra 1,25

Ø70

Ø65

2x45⁰

Rz 20

4x45⁰

Ø20h9

Ø40 f 7

А

Б

Rz10

Рис.16.2. Зубчатое колесо

Для получения точности f 7 производят точение: черновое, чистовое и тонкое. Эти виды обработки обеспечивают получение шероховатости поверхности Rz20. Глубина резания будет составлять: при черновом точении t = 4 мм (с учетом, что размер Ø40 f 7 получается из заготовки Ø75 мм); при чистовом точении глубина резания равна припуску на чистовую обработку t = 0,4 мм; при тонком точении t = 0,1 мм. Подачи выбираем изсправочника: для чернового точения s= 0,6 мм/об; для чистового – s = 0,3 мм/об; для тонкого – s = 0,1 мм/об. В качестве режущего инструмента выбираем резец, оснащенный пластинкой из твердого сплава с углом в плане φ = 60⁰. Материал режущей части резца для чернового точения Т5К10, для чистового точения Т15К6. Стойкость резца Т_р = 60 мин.

По таблице справочника выбираем табличные значения скоростей резания: для чернового точения V_табл= 95 м/мин; для чистового точения V_табл= 150 м/мин; для тонкого точения V_табл = 160 м/мин. Табличные значения скоростей резания корректируются конкретными условиями обработки по формуле

, (16.26)

где V_табл – табличное значение скорости резания, м/мин; К₁ – коэффициент, зависящий от марки обрабатываемого материала; К₂ – коэффициент, зависящий от стойкости резца и марки твердого сплава его режущей части; К₃ – коэффициент, зависящий от вида обработки (точение, растачивание, поперечное точение, фасонное точение и т. д.).

Из таблиц выбираем значения коэффициентов К₁, К₂, К₃ для чернового, чистового и тонкого точения.

Черновое точение: К₁ = 0,75; К₂ = 1,0; К₃ = 1,05.

Чистовое точение: К₁ = 0,75; К₂ = 1,55; К₃ = 1,05.

Тонкое точение: К₁ = -,75; К₂ = 1,55; К₃ = 1,05.

Скорости резания равны:

черновое точение – V_расч = 95 · 0,75 · 1,0 · 1,05 = 74,8 м/мин;

чистовое точение – V_расч = 150 · 0,75 · 1,55 · 1,05 = 183 м/мин;

тонкое точение − V_расч = 160 · 0,75 · 1,55 · 1,05 = 195,3 м/мин.

По полученным значениям скоростей резания определяют частоту вращения шпинделя по формуле

, (16.27)

где n – частота вращения шпинделя станка, мин^-1; D – диаметр обрабатываемой заготовки, мм.

Для полученных значений скоростей резания будем иметь.

Черновое точение

.

Чистовое точение

.

Тонкое точение

.

Величины n₁, n₂, n₃ корректируются по станку до ближайшего значения, как правило, в меньшую сторону. При обработке шестерни на токарном станке 16К20, принимаются следующие частоты вращения: n₁ = 315 мин^-1; n₂ = 1200 мин_-1; n₃ = 1600 мин^-1.

По скорректированным значениям частот вращения n₁, n₂ и n₃ определяются действительные скорости резания

;

;

.

Так определяются скорости резания по каждому переходу в соответствии с маршрутом механической обработки. Скорректированные значения частот вращения (n₁, n₂, n₃) и рассчитанные по ним действительные скорости резания (V₁, V₂, V₃) занося в технологическую карту механической обработки детали и в другую технологическую документацию.

Дата добавления: 2014-01-07