Выбор параметров режимов резания при точении

1.1.Выбор глубины резания

Глубину резания необходимо назначать возможно большей с тем, чтобы сократить число проходов и повысить производительность обработки.

При необходимости получения высокой точности и низкой шероховатости надо разделить припуск на черновой и чистовой, имея в виду, что увеличение глубины резания при чистовой обработке ведет к уменьшению в значительной степени величины подачи, а следовательно, к возможной потере производительности.

Припуск t_o на обработку при продольном точении определяется как полуразность диаметров заготовки D и обработанной детали d, мм:

t_о = ( D – d ) / 2 (2)

Если обработка ведется за один проход, то глубина резания равна припуску.

Если обработка ведется в два и более прохода, то межоперационные припуски могут быть выбраны по таблицам [1]. Как уже было сказано ранее, на окончательных операциях припуск не должен быть больше 0,5мм, на промежуточных – от 0,5 до 5мм, на черновых – может быть больше 5мм.

1.2. Расчет подачи

На выбор подачи накладывается ряд ограничений.

При черновой обработке подача ограничена:

1) прочностью державки резца;

2) прочностью пластинки твердого сплава;

3) прочностью механизма подачи станка;

4) жесткостью державки резца;

5) жесткостью обрабатываемой детали;

При черновой обработке ограничения связаны, прежде всего, с действующей силой резания.

При чистовой обработке ограничения связаны с качеством обработанной поверхности. При этом подача ограничена:

1) точностью обработки;

2) шероховатостью обработанной поверхности;

3) жесткостью обрабатываемой детали;

4) жесткостью державки резца.

Кроме того, есть кинематические ограничения – минимальная и максимальная подачи станка, а также ограничения, связанные с особенностью процесса резания при лезвийной обработке, а именно, минимально возможной для резания толщиной срезаемого слоя, зависящей от радиуса округления главной режущей кромки и марки инструментального материала. Поэтому при работе лезвийным инструментом из быстрорежущей стали подача не должна быть менее 0,01…0,03 мм/об., а из твердого сплава – менее 0,1 мм/об. В случае применения доводки инструмента эти пределы могут быть несколько уменьшены при малых нагрузках на режущую кромку.

Рассмотрим подробнее выбор подачи с учетом некоторых ограничений.

Подача, допустимая прочностью державки резца, рассчитывается по формуле:

[S₁] ≤ [ , мм/об (3)

где В и Н – ширина и высота державки резца, м [5];

[σ_и] – допустимое напряжение на изгиб материала державки резца, МПа;

С_р,X_р,Y_р – эмпирические коэффициент и показатели степеней в формуле

Н [1];

l_p – вылет резца, м (l_p = (1…1,5)Н,

K_p – поправочный коэффициент, K_p = K_mp×K_jp×K_gp×K_rp×K_lp,

где K_mp, K_jp, K_gp, K_rp, K_lp – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние соответственно механических свойств обрабатываемого материала, главного угла в плане, переднего угла, радиуса при вершине, угла наклона режущей кромки [1].

Формула (3) получена из условия прочности державки:

,

где М_и=Р_zl_р – изгибающий момент от главной составляющей силы резания, Нм;

W=ВН²/6 – момент сопротивления изгибу, м³.

Подача, допускаемая жесткостью державки, определяется по формуле:

[S₂] ≤ [ , мм/об. (4)

где [f_p] – допустимая величина прогиба резца (при черновой обработке

[f_p]=0,0001м, при чистовой – 0, 00003-0,00005м);

Е - модуль упругости материала державки, Па (для стали Е = 20…22·10¹⁰ Па,

для чугуна – 9…16·10¹⁰ Па).

Формула (4) получена из условия жесткости державки:

f_p=P_z l_p³ / (3E l_p) ≤ [f_p], м

где l_p=ВН³/12 – момент инерции державки резца, м⁴.

Подача, допустимая прочностью твердосплавной пластины.

При черновой обработке резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава, подача часто ограничивается прочностью этой пластинки:

[S₃] ≤ [ , мм/об, (5)

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

Формула (5) получена на основании эмпирической зависимости для расчета максимально допустимого усилия на пластинку:

[P_z]=340 t ^0,17q ^1,35 (sin60^º/sinφ)^0,8, Н (6)

Подставив в формулу (6) вместо [P_z] выражение и решив относительно S, получим формулу (5).

Подача, допустимая прочностью механизма подач станка, рассчитывается по формуле:

[S₄] ≤ [ , мм/об, (7)

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

Сила, действующая на механизм подачи, может быть определена по формуле:

Q = P_x+f_T P_z, Н,

где f_T –коэффициент трения между суппортом и направляющими станка (f_T =0,1).

Q не должна быть больше [Q], т.е.:

Q≤[Q]. (8)

Для упрощения можно считать, что P_x=0,4P_z [5], тогда

Q = 0,5P_z. (9)

Подставив в формулу (8) вместо Q его значение из формулы (9) и решив уравнение относительно S, получим уравнение (7).

Подача, допустимая заданной шероховатостью обработанной поверхности, определяется по формуле:

[S₅] ≤ , мм/об (10)

где R_а – высота микронеровностей, мкм;

r – радиус при вершине резца в плане, мм;

С_r, x,y,z,u – эмпирические коэффициент и показатели степеней (табл.5).

Подача, допустимая заданной точностью обработки, вычисляется из выражения:

[S₆] ≤ , мм/об. (11)

где j_СТ = 5290 D_max^0,24 – жесткость станка, Н/м (D_max-максимальный диаметр

обрабатываемой детали по паспорту станка);

j_Д = 0,03 А Е D⁴/L³ – жесткость детали, Н/м;

D – диаметр детали, м;

А – коэффициент, определяющий жесткость закрепления детали (консольно в патроне – А = 3; в центрах – А = 48; в патроне с поджимом задним центром

А = 110);

L – длина детали, м;

j_p = E B H³/(4 l_p³) – жесткость резца, Н/м;

δ – величина поля допуска выполняемого размера, мм;

α – коэффициент, определяющий допустимую долю погрешности обработки (α = 0,4…0,5).

Е – модуль упругости (сталь – Е=20…22·10¹⁰ Па, чугун - Е=9…16·10¹⁰ Па).

Подача при чистовой обработке не должна превышать ни одну из рассчитанных выше подач. Она подбирается из ряда подач, имеющихся на выбранном станке.