Последовательность назначения режима резания при точении

В теории резания металлов существуют различные методы оптими- зации режимов резания. В данной работе поставленная задача реализуется методом последовательного определения элементов режима резания.

Сущность этого наиболее простого и распространенного из методов оптимизации состоит в следующем. Основным ограничением экономиче- ского характера при реализации метода точения является стойкость резца

Т, мин. Определяется она по известной формуле [10]

Т = CT

, (2.1)

В соответствии с этой формулой различия во влиянии элементов ре-

жима резания на стойкость инструмента определяются сопоставительными величинами показателей степеней при ϑ, Sо, t. Их количественное соотно-

шение, установленное значительным числом экспериментов, имеет сле-

дующий вид:

nT > yT > xT.

Конкретные значения показателей определяются ограничениями на качество обработки, устанавливаемыми чаще всего по параметру шерохо- ватости обрабатываемой поверхности Ra или Rz. Необходимая для их оп- ределения информация содержится в справочниках, например [10].

Соотношения показателей степени при элементах режима резания определяют последовательность их назначения, т. к. из теории оптимиза- ции известно, что выбор в первую очередь должен осуществляться с на- значения параметра, влияние которого на искомую функцию наименьшее, в данном случае – с глубины резания t [5]. Вторым элементом режима ре-

зания назначают подачу Sо с учетом уже выбранной глубины резания. И

только вслед за этим приступают к определению скорости резания ϑ.

Для назначения ϑ по двум назначенным элементам режима резания t

и Sо устанавливают на основе справочных таблиц значение стойкости рез-

ца T. Затем, используя зависимость (2.1), производят расчет допустимой скорости резания ϑ по выведенной из нее формуле (2.2).

Сϑ

, м/мин (2.2)

где Сϑ– коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, вида ра- боты и толщины среза; m, xϑ, yϑ– показатели степени при значениях стой- кости инструмента Т, глубины резания t и подачи So, определяемые эмпи- рическим методом либо по справочникам.

Поправочный коэффициент на скорость резания kϑрассчитывают по формуле (2.3) как произведение частных поправочных коэффициентов,

каждый из которых отражает отличие фактического значения одного из конкретных условий резания от использованного при экспериментальном

определении значения коэффициента Сϑ. В формулу (2.3) включены важ-

нейшие из них. Определяют поправочные коэффициенты по таблицам

справочников, например справочника [10].

kϑ= kmϑ ⋅ knϑ ⋅ kиϑ ⋅ kϕϑ ⋅ kTϑ , (2.3)

где kmϑ– поправочный коэффициент на обрабатываемый материал ([10], табл. 1); kmϑ– поправочный коэффициент на состояние обрабатываемой поверхности, определяемое способом получения заготовки и наличием на

ее поверхности корки или загрязнений ([10], табл. 5); kиϑ– поправочный коэффициент на инструментальный материал ([10], табл. 6); kϕϑ– попра-

вочный коэффициент на величину главного угла в плане резца ϕ ([10],

табл. 18); kTϑ. – поправочный коэффициент на значение принятой стойко-

сти режущего инструмента Т.

В целом расчет режима резания включает в себя три этапа: отбор и анализ необходимой исходной информации; назначение оптимального со- четания элементов режима резания; проверочные расчеты. Основными ви- дами действий при их выполнении являются:

– выбор типа режущего инструмента и его геометрических параметров;

– выбор инструментального материала и смазочно–охлаждающей жидкости;

– назначение глубины резания t;

– назначение или расчёт подачи So;

– назначение или расчёт периода стойкости резца T;

– расчёт скорости главного движения резания ϑ;

– расчёт составляющих сил резания Pz, Px;

– расчёт мощности привода и выбор металлорежущего станка или проверка режима резания по мощности привода и усилию подачи на за- данном станке, имеющего мощность электродвигателя Nэл;

– корректировка скорости резания при недостаточной мощности

имеющегося станка.

Расчет режима резания для каждого метода обработки имеет свои особенности. В данной работе рассмотрена методика назначения режима резания для обтачивания цилиндрической поверхности, растачивания от- верстия и подрезания торца заготовки (рис. 2.1, а, б, в).

Рис. 2.1. Схемы токарных работ:

а – обтачивание цилиндрической поверхности; б – растачивание отверстия,

в – подрезание торца; г – радиус при вершине резца

Назначение глубины резания. Значение принимаемой глубины реза-

ния t зависит от места выполняемой операции в технологическом процессе

изготовления изделия (этапы черновой, получистовой, чистовой обработки и тонкого точения) и заданных чертежом точности обработки и шерохова- тости обработанной поверхности.

При черновой обработке целесообразно весь припуск z удалить за один рабочий ход. Однако, если значение z/2 превышает допустимую для конкретного станка глубину резания tmax, то удаление припуска осуществ-

ляют за несколько рабочих ходов i.

Их число зависит в первую очередь от жесткости технологической системы и характеристик обрабатываемого материала. На каждом после- дующем ходу следует назначать меньшую глубину резания, чем на пред- шествующем.

При получистовой и чистовой обработке припуск делят на несколько частей и удаляют его за несколько рабочих ходов: первый (или несколько начальных) рабочий ход выполняют с большей для данного вида обработ- ки глубиной резания, последний рабочий ход — с меньшей глубиной реза-

ния в пределах рекомендуемых в табл. 2.1 значений.

Рекомендации по назначению глубины резания

Таблица 2.1

При растачивании отверстий в связи с меньшей жесткостью расточ- ного резца, чем проходного при назначении глубины резания следует при- нимать меньшие из указанных в таблице 2.1 значений и проверять воз- можность их использования по жесткости примененного инструмента.

Выбор подачи Sо. Подачу Sо, т. е. перемещение резца за один оборот заготовки, выбирают в зависимости от назначенной глубины резания и за- данной шероховатости обработанной поверхности с учетом ряда ограни-

чений.

Необходимые для принятия решения данные находят по рекоменда- циям справочников, отраслевых, или заводских нормативов по резанию. За- тем проверяют правильность назначения подачи по таким критериям, как:

– допустимое осевое усилие на станке (сила Рх);

– допустимый прогиб резца;

– заданная шероховатость обработанной поверхности.

При черновом точении главными ограничениями величины подачи являются прочность и жесткость державки резца, прочность слабых звень- ев механизма подачи станка, жесткость обрабатываемой заготовки и метод ее закрепления. Учет этих ограничений осуществляют по таблицам, приве- денным в справочниках по типу табл. 2.2.

Таблица 2.2

Допустимые подачи при черновом точении сталей резцами из быстрорежущей стали или твердого сплава

При получистовом и чистовом точении подачу выбирают по табл. 2.3 в зависимости от заданной шероховатости обработанной поверхности и радиуса при вершине резца r (рис. 2.1, г).

Назначение периода стойкости Т. При необходимости получения точных данных период стойкости определяют вычислением с помощью формул, известных из теории резания, в частности, формулы для определе- ния экономически оптимальной стойкости инструмента. Однако проведение такого расчета требует наличия ряда экспериментально устанавливаемых данных, что усложняет всю процедуру назначения режима обработки.

Таблица 2.3

Допустимые подачи при чистовом и получистовом точении сталей резцами из быстрорежущей стали или твердого сплава

В среднем экономически целесообразное значение стойкости резца,

определяемое по этим формулам Т, находится в пределах 30–60 минут.

Упрощенная методика предполагает произвольное назначение стой- кости инструмента в пределах или даже за пределами ранее указанных значений без поиска дополнительных данных, и учет такого метода назна- чения путем расчета скорости резания по формуле (2.2) введением в нее поправочного коэффициента kTϑ. Чаще всего при назначении режима реза-

ния принимают стойкость резца Т равную 60 минут. Это связано с тем, что

в таком случае поправочный коэффициент kTϑравен 1,0 (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Поправочные коэффициенты kTϑна скорость резания в зависимости от принятой стойкости резца

Расчёт скорости резания. Благодаря уже назначенным или выбран-

ным значениям t, So, T, определения по справочнику показателей степени

при значениях стойкости инструмента m, xϑ, yϑи коэффициента Сϑско-

рость резания можно вычислить с помощью зависимости (2.2).

После расчёта скорости резания по справочным данным, необходимо определить частоту вращения шпинделя nрасч, выбрать ближайшую мень- шую частоту nст из имеющихся на станке и затем с помощью значения

пст ≤ nрасч произвести расчёт реальной (фактической) скорости резания ϑp

на заданной технологической операции. Методика выполнения данных процедур представлена в работе 1.1.

Именно этими фактическими скоростью главного движения резания

ϑp и частотой вращения шпинделя станка пст нужно оперировать в даль-

нейших расчётах. Эти расчеты направлены на выбор оборудования и осу-

ществления проверки выполнения ограничений на режим резания.

Выбор оборудования и проверка выполнения ограничений на ре- жим резания. Для реализации поставленных задач необходимо рассчитать силу резания и, в частности, ее основную – тангенциальную составляю-

щую по формуле (см. работу 1.5):

Рz =

X р z

C р z ⋅t

y р z

⋅S

n p z

⋅ϑ

, Н (2.4)

Мощность резания Nрез, Вт, затрачиваемую на главное движение ре-

зания, определяют по формуле

Nрез = Pz × ϑр. (2.5)

Полученное из формулы (2.5) значение Nрез определяет эффектив- ную мощность станка. Исходя из этого значения, далее определяют мощ- ность электродвигателя станка по формуле

Nэл = Nрез × kη, (2.6)

где kη – коэффициент полезного действия станка, который принимают в пределах 0,8–0,9.

По определенному таким образом значению Nэл осуществляют вы- бор металлорежущего станка или проводят проверку на возможность ис- пользования имеющегося оборудования для обработки заготовки с вы- бранным режимом резания. Если значение мощности существующего

станка Ncт меньше расчетного значения мощности электродвигателя Nэл,

то необходимо либо перейти на работу на более мощном станке, либо уменьшить режим резания и установить на основе формул (2.6) и (2.5) то

предельное значение скорости главного движения резания ϑ,которое до-

пустимо при обработке на данном станке.

Содержание работы

Работа включает: изучение основ выбора режима резания и по ис- ходным данным индивидуального задания назначение режима резания для одного из видов токарных работ с использованием справочного пособия.