Эффективная работа режущего инструмента заключается в выборе наиболее выгодного режима, при котором происходит обработка со значительной производительностью и наименьшей себестоимостью.
Пермский государственный технический университет
Методическое пособие разработано в соответствии с программой предметов «Резание материалов» и «Режущий инструмент» для специальности «Технология машиностроения».
Цель данного методического пособия — оказать помощь при изучении и приобретении практических навыков при выборе инструмента и его геометрии, определении параметров режимов резания, сил резания, а также при расчете основного технологического времени.
Цель работы: изучить методику расчета режима резания аналитическим способом. Ознакомиться и приобрести навыки работы со справочной литературой.
Обработка заготовки точением осуществляется при сочетании двух движений: равномерного вращательного движения детали — движения резания (или главное движение) и равномерного поступательного движения резца вдоль или поперек оси детали — движение подачи. К элементам режима резания относятся: глубина резания t, подача S, скорость резания V.
Глубина резания — величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности, т.е. перпендикулярном направлению подачи.
При черновой обработке, как правило, глубину резания назначают равной всему припуску, т.е. припуск срезают за один проход
D — диаметр заготовки, мм;
d — диаметр детали, мм.
При чистовой обработке припуск зависит от требований точности и шероховатости обработанной поверхности.
Подача — величина перемещения режущей кромки инструмента относительно обработанной поверхности в направлении подачи за единицу времени (минутная подача Sм) или за один оборот заготовки.
При черновой обработке назначают максимально возможную подачу исходя из жесткости и прочности системы СПИД, прочности пластинки, мощности привода станка.
При чистовой обработке — в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности.
Скорость резания — величина перемещения точки режущей кромки инструмента относительно поверхности резания в направлении движения резания за единицу времени. Скорость резания зависит от режущих свойств инструмента и может быть определена при точении по таблицам нормативов 4 или по эмпирической формуле
где Сv — коэффициент, учитывающий условия обработки;
m, x, y — показатели степени;
T — период стойкости инструмента;
t — глубина резания, мм;
Kv — обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий изменения условий обработки по отношению к табличным
,
где Kmv — коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки;
Knv — коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;
Kuv — коэффициент, учитывающий материал инструмента;
Kv — коэффициент, учитывающий главный угол в плане резца;
Krv — коэффициент, учитывающий радиус при вершине резца — учитывается только для резцов из быстрорежущей стали.
При настройке станка необходимо установить частоту вращения шпинделя, обеспечивающую расчетную скорость резания.
, об/мин (2.3)
Основное технологическое (машинное) время — время, в течение которого происходит снятие стружки без непосредственного участия рабочего
При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.
Простой способ вычислить скорость и глубину резания при токарной обработке
Токарная обработка заготовки – это очень точный и деликатный процесс, во время которого очень важно точно рассчитывать все параметры. Сегодня мы поговорим о том, как всего одной формулой можно вычислить правильную глубину резания при этой процедуре, а также немного расскажем о таких понятиях из фрезерного дела, как подача заготовки и скорость резания. Если перед этим Вы хотите узнать про виды токарной обработки и про то, чем они отличаются друг от друга, пройдите по этой ссылке.
Глубина снимаемого слоя каждым ходом резца обычно обозначается буквой t. При вычислении этого параметра для перпендикулярно расположенного резца используется простая формула: достаточно вычислить разность между диаметрами заготовки или обрабатываемой поверхности (D) и уже обработанной поверхности (d) и разделить это число на два.
Немного по-другому рассчитывается глубина резания при растачивании. Для ее вычисления нужно отнять от величины диаметра отверстия после обработки диаметр отверстия до обработки и тоже разделить полученное число на два.
При отрезании и прорезании канавок глубина резания обычно равна ширине получаемой канавки.
Подача заготовки
Скорость подачи заготовки вычисляется для одного ее оборота вокруг своей оси. Она равняется величине перемещения режущей кромки в направлении движения подачи и измеряется в мм/об. Различают перпендикулярную, продольную и наклонную подачи заготовки, в зависимости от ее формы. Последняя применяется для конических поверхностей.
Скорость резания или скорость движения резца (v) находится в зависимости от скорости вращения заготовки (n) и ее диаметра (D). При этом, чем больше диаметр, тем выше должна быть скорость резания (при равном количестве оборотов заготовки).
Сила R является векторной суммой трех сил: осевой, тангенциальной и радиальной. Их векторы являются проекциями вектора силы R на оси X, Y, Z. На рисунке ниже представлено изображение векторов сил, возникающих при токарном точении.
Выбор режима на практике
Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:
- снижение точности оборудования в результате износа;
- отклонения в геометрических размерах и физических характеристиках заготовки.
- несоответствие характеристик материала расчетным.
Элементы резания при токарной обработке
Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса — это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:
- единичное изготовление без операционной карты;
- определение точности работы токарного оборудования перед запуском партии;
- работа с неполноценными заготовками (брак и неточность размеров);
- обточка литейных и кованых заготовок, не прошедших предварительную обдирку;
- запуск в производство изделий из новых материалов.
При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.
Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки — самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.
Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.
Вычисление скорости резания
Время точения металла (tосн, основное время) — самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции — обточки цилиндрической поверхности.
Основные факторы, влияющие на скорость резания
Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:
где D — диаметр заготовки в мм; n — скорость шпинделя в об/мин.
Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:
На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции.
Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:
где D — диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.
После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ — табличное значение скорости резания.
Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.
Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:
где vут — уточненная скорость резания; K1 — коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 — коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 — коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 — коэффициент, зависящий от материала резца; K5 — коэффициент, зависящий от геометрии обработки.
После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:
Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.
