Расчёт режимов резания

Точность и качество поверхности после механической обработки в основном зависит от состояния системы станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД) и от режимов резания. К элементам режимов резания относятся: глубина резания t (мм), подача s (мм/об или мм/мин) и скорость резания v (м/мин). При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования. Глубина резания и подача в основном сказываются на деформациях в системе СПИД, а скорость резания – на стойкости инструмента.

Элементы режимов резания обычно устанавливаются в следующем порядке.

В первую очередь выбирают глубину резания. При черновой обработке глубину резания t назначают по возможности максимальную, чтобы припуск снять за один проход или минимальное число проходов. При чистовой обработке глубина резания выбирается в зависимости от точности размеров и шероховатости обработанной поверхности – чем точнее и качественнее должна быть поверхность, тем меньше глубина резания.

Зная глубину резания, определяют подачу s. При черновой обработке подачу выбирают максимально возможную, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и ряда других факторов. При чистовой обработке подачу выбирают в зависимости от требуемой точности и шероховатости поверхности: чем выше требования по точности и качеству поверхности, тем меньше подача.

Скорость резания рассчитывается по эмпирическим формулам в зависимости от глубины резания и подачи. Критериями при выборе скорости резания являются либо экономическая стойкость резца, либо стойкость резца при наибольшей производительности.

В курсовой работе следует придерживаться следующего порядка расчета:

1. Выбрать глубину резания t (мм) для черновой обработки в зависимости от величины установленного припуска. Если окажется, что мощность станка меньше полученной в результате расчетов, то необходимо будет увеличить число проходов черновой обработки. Глубину резания при чистовой обработке выбрать в зависимости от требуемой шероховатости. Обычно припуск при чистовой обработке снимается за два прохода и более; причем каждый последующий проход необходимо выполнять при меньшей глубине резания.

2. Выбрать по таблицам подачу s (мм/об или мм/мин) в зависимости от характера обработки, требуемого качества поверхности и заданной глубины резания.

3. Рассчитать скорость резания v (м/мин) по эмпирическим формулам в зависимости от метода обработки.

Выбранную подачу s и определенную после расчета скорости резания v частоту вращения n (об/мин) шпинделя или патрона станка необходимо согласовать со шкалой подач и частот вращения станка, выбирая из шкалы значения, полученные округлением в меньшую сторону расчетных значений.

В справочниках обычно не приводят всю шкалу значений подач и частот вращения, а указывают крайние значения шкалы (s_minи s_max или n_minи n_max) и число ступеней m. Эти значения связаны между собой выражением

n_max = n_min ,

где j – знаменатель геометрического ряда.

Для станков установлено семь рядов значений при j = 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78 и 2.

Наиболее часто применяются ряды с j = 1,26; 1,41 и 1,58.

Для расчета шкалы значений частот вращения или подач необходимо найти знаменатель геометрического ряда для станка:

. (24)

Округлив полученное значение до стандартного, рассчитать значения шкалы по формуле

n_i = n_i-1∙j, (25)

округляя каждый раз полученное значение до значения из рядов предпочтительных чисел [7, табл. 1.2].

4. Рассчитать силу или момент и мощность резания по формулам в зависимости от метода обработки и сравнить результаты расчета с характеристиками выбранного станка.

Пример 26.Рассчитать режимы резания для чернового точения при обработке на токарном станке поверхности с размером Ø40g6 подшипниковой крышки (Приложение 21). Наибольший припуск на этом переходе равен 3,08 мм (см. табл. 7)

Для токарной обработки крышки выбираем универсальный токарно-винторезный станок типа 16К20 [39, табл. 9, с. 15].

Глубина резания при черновой обработке принимается обычно равной наибольшей величине припуска. В данном случае t = 3,08 мм.

Выбираем подачу для глубины резания до 4 мм и толщины твёрдосплавной пластины резца 4 мм s = 1,3 мм/об [39, табл. 13, с. 268]. Т.к. для стали 45 (см. чертёж – Приложение 21) временное сопротивление σ_в = 610 МПа [17] меньше 640 МПа, выбранное значение подачи необходимо умножить на 1,2 и умножить на 0,4, т.к. выбрали отогнутый резец с углом в плане 90° [39, табл. 6 с. 120]. Тогда

s = 1,3·1,2 · 0,4 = 0,624 мм/об.

Проверяем полученное значение по [39, табл. 11 с. 266]. Для детали диаметром 72 мм, размерах державки резца 16 × 25 и при глубине резания свыше 3 до 5 подача лежит в пределах 0,5–1,1 мм/об, что соответствует расчёту.

Скорость резания определяем по формуле [39, с. 266].

м/мин,

где T = 60 мин – среднее значение стойкости при одноинструментальной обработке;

C_v = 350 [39, табл. 17, с. 269];

x = 0,15 [39, табл. 17, с. 269];

y = 0,35 [39, табл. 17, с. 269];

m = 0,2 [39, табл. 17, с. 269];

K_v = K_мv K_пv K_иv = 1,23·1·0,8 [39, с. 268];

[39, табл. 1, с. 261];

K_г = 1 [39, табл. 2, с. 262];

n_v = 1 [39, табл. 2, с. 262];

K_пv = 1 [39, табл. 5, с. 263], для состояния поверхности «без корки», т.к. заготовка предварительно обрабатывалась до размера Ø72;

K_иv = 0,8 [39, табл. 6, с. 263], марка твёрдого сплава Т14К8 выбрана по [39, табл. 3, с. 116].

Расчётная частота вращения шпинделя станка

об/мин,

где D = 43,8 мм – наибольший расчётный размер детали перед черновой обработкой.

Расчётную частоту вращения шпинделя необходимо согласовать с частотой вращения станка.

В справочнике для станка 16К20 приведена минимальная частота вращения патрона n_min = 12,5 об/мин, максимальная – n_max = 1600 об/мин и число ступеней m = 22 [39, табл. 9, с. 15].

Необходимо определить шкалу частот вращения шпинделя.

Знаменатель геометрического ряда в этом случае (формула 24)

.

Округлив до стандартного, получим j = 1,26. Рассчитаем ряд частот вращения шпинделя станка, округляя получаемые значения до значений чисел нормального ряда [7, табл. 1.2]. Результаты занесём в табл. 8.

Таблица 8

Шкала частот вращения шпинделя

Ближайшая частота вращения меньше расчетной и равна: n_р = 1000 об/мин.

Тогда скорость резания будет равна:

м/мин.

Рассчитаем силы резания [39, с. 271]:

где C_р = 300 [39, табл. 22, с. 273];

x = 1 [39, табл. 22, с. 273];

y = 0,75 [39, табл. 22, с. 273];

n = – 0,15 [39, табл. 22, с. 273];

K_р = K_мр ∙ K_φр ∙ K_γр∙ K_λр∙ K_τр= 0,856·0,89·1,1·1 = 0,838, [39, с. 271];

где [39, табл. 9, с. 264];

K_φр = 0,89 [39, табл. 23, с. 275];

K_γр = 1,1 [39, табл. 23, с. 275];

K_λр = 1, [39, табл. 23, с. 275];

n = 0,75. [39, табл. 9, с. 264].

Мощность резания равна [39, с. 271]:

кВт

Мощность двигателя главного привода станка 16К20 11 кВт обеспечивает процесс обработки детали.

Рекомендуемая литература: [5, с. 92–101], [23, 24], [32], [39, с. 261–303].

Контрольные вопросы:

1. Какие параметры механической обработки называют режимами резания?

2. На что влияют режимы резания?

3. От чего зависят режимы резания?

4. Как определяют режимы резания?

5. Особенности режимов резания для разных методов обработки.