Расчет режимов резания аналитическим методом

Разработка технологического процесса механической обработки заготовки обычно завершается установлением норм времени для каждой операции. Чтобы добиться оптимальных норм времени на операцию, необходимо в полной мере использовать режущие свойства инструмента и производственные возможности технологического оборудования.

При выборе режимов обработки необходимо придерживаться определенного порядка, т.е. при назначении и расчете режима обработки учитывают тип и размеры режущего инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип оборудования и его состояние. Следует помнить, что элементы режимов обработки находятся во взаимной функциональной зависимости, устанавливаемой эмпирическими формулами. При этом наиболее выгодными считаются такие режимы обработки, которые обеспечивают наименьшую себестоимость механической обработки при удовлетворении всех требований к качеству продукции и производительности обработки.

В общем случае необходимо соблюдать определенную последовательность назначения режимов резания t ® S ® V ® n, которая включает следующие этапы:

1. Глубина резания t выбирается по условию удаления припуска на обработку за один рабочий ход, но в зависимости от требований точности и шероховатости, предъявляемых к обработанной поверхности; припуск разделяют по стадиям обработки: предварительная, окончательная и отделочная.

Определение глубины резания за один рабочий ход:

а) при обработке поверхностей тел вращения

t= 0,5/ (d_i – d_{i- 1} ) (44)

б) при односторонней обработке плоских поверхностей

t=H_i – H_{i- 1} (45)

где d_i, H_i – соответственно диаметр и осевой размер после обработки;

d_{i- 1}, H_{i- 1} – соответственно диаметр и осевой размер до обработки.

2. Подача на оборот S_O (мм/об) или подача на зуб (для многозубых инструментов) S_Z (мм/зуб) с учетом стадии обработки (предварительная, чистовая или отделочная) и исходя из жесткости и прочностных системы СПИЗ [12].

Подачу при черновой обработке выбирают максимально возможную, учитывая следующие ограничения: прочность механизмов привода и подачи станка; прочность инструмента; прочность заготовки; жесткость технологической системы. Мощность станка, как правило, не ограничивает подачу: при недостатке мощности следует снижать не подачу, а скорость резания.

При чистовой обработке подачу выбирают в зависимости от требований к точности и шероховатости поверхностей.

3. Скорость резания V (м/мин) определяется с учетом выбранных глубины резания и подачи, свойств обрабатываемого и режущего материалов, геометрии и стойкости инструмента по эмпирическим зависимостям

(46)

где C_V – коэффициент, учитывающие вид обработки[20];

m, x, y – показатели степени [20];

Т – период стойкости инструмента, мин [20];

K_V – коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки [20].

Наиболее выгодные периоды стойкости принимаются по нормативам с учетом сложности изготовления и наладки инструментов.

4. Частота вращения шпинделя n (мин^-1) определяется по формуле

(47)

где V – расчетная скорость резания (м/мин);

p = const= 3,14;

D – диаметр обрабатываемой поверхности (режущего инструмента) (мм).

В справочной литературе и каталогах на металлорежущие станки обычно указывается минимальная и максимальная частота вращения шпинделя станка, и подача, поэтому необходимо производить расчет промежуточных указанных значений.

По паспортным данным станка определяют n_СТ, близкую к расчетной.

После назначения частоты вращения шпинделя определяют минутную подачу

S_MИН=S_O ´ n_СТ (48)

Расчет режимов резания аналитическим методом должен производиться не более чем на одну–две операции. Для остальных операций технологического процесса механической обработки детали режимы резания определяются по табличным нормативам соответствующей учебной и справочной литературы.

Пример: Расчет режимов резания аналитическим методом проводим на токарную операцию 010.

1 Исходные данные.

1) Деталь – «Вал опорный».

2) материал- сталь 45 s_В=570 МПа.

3) Заготовка – штамповка.

4) Обработка – токарная черновая.

5) Оборудование – токарно-винторезный станок 16К20Ф3.

6) Тип производства – среднесерийное.

7) Приспособление – патрон поводковый с плавающим центром, центр вращающийся.

8) Смена детали – ручная

9) Жесткость станка – средняя

2 Содержание операции, содержание переходов и величина припуска

Таблица 27 – Содержание перехода

Содержание перехода	Припуск на Æ
Точить поверхности, выдержать размеры: Æ49,9-0,39; Æ47,5-0,39; Æ45,5-0,39	3,5 3,5 3,5

3 Выбор режущих инструментов

Переход 1 Резец токарный проходной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. h=20 b=20 L=140 Пластина 3х-гранная, Т5К10 j=90°, j₁=8°, l=0; a=11°

4 Данные оборудования

Модель – 16К20Ф3.

Мощность – 10 кВт.

Число скоростей шпинделя – 22.

Частота вращения шпинделя 12,5¸2000 мин^-1.

Подача суппорта: продольная (3¸1200) мм/мин.

поперечная (1,5¸600) мм/мин.

Число ступеней подач: б/с.

5 Расчет режимов резания

Глубина резания t=1,75 мм.

Подача S=0,5 мм/об [20, с. 268].

Расчётная скорость резания:

где С_V – поправочный коэффициент; С_V=350 [20, с. 269];

Т – стойкость, мин; Т=60 мин [20].

t – глубина резания, мм;

m, х, у – показатели степени; m=0,2, х=0,15, у=0,35, [20, с.270];

K_V– поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания [20, с. 282];

K_V=K_MV´K_ПV´K_ИV, (49)

где K_MV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [20, с.261];

K_ПV – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки; K_ПV=1,0 [20, с. 263];

K_ИV – коэффициент, учитывающий материал инструмента; K_ИV=0,65 [20, с. 263];

(50)

где K_Г – коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости; Кг=1,0 [20, с. 262];

s_В – предел прочности;

n_V – показатель степени; n_V=1,0 [18, с. 262];

Тогда:

Тогда:

K_V=1,31´1,0´0,65=0,85.

Тогда:

м/мин.

6 Частота вращения шпинделя:

По формуле 4.47 определяем частоту вращения шпинделя, тогда:

Переход 1: точение Æ49,9 мм

мин^-1.

Переход 2: точение Æ47,5 мм

мин^-1.

Переход 3: точение Æ45,5 мм

мин^-1.

7 Корректировка режимов резания по паспортным данным станка.

Фактическая частота вращения шпинделя:

Переходы 1¸3: n=1000 мин^-1;

Тогда фактическая скорость резания:

Переход 1: м/мин;

Переход 2: м/мин;

Переход 3: м/мин.

8 Расчёт сил резания.

Главная составляющая силы резания:

Р_Z=10´Cp´t^x´S^y´Vⁿ´Kp, (51)

где Ср – поправочный коэффициент; Ср=300 [20, с. 273];

х, у, n – показатели степени; х=1,0; у=0,75; n= -0,15 [20, с.273];

Kр – поправочный коэффициент.

Кр=Кмр´Кjр´Кgр´Кlр´Кrр (52)

Кмр – поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала [20, с. 264];

, (53)

где s_В – предел прочности;

n – показатель степени; n=0,75 [20, с.264];

Тогда:

;

Кjр; Кgр; Кlр; Кrр – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания

Кjр=0,89; Кgр=1,0; Кlр=1,0; Кrр=1,0 [20, с.275];

Тогда:

Pz=10´300´1,75^1,0´0,5^0,75´156,6^-0,15´0,81´0,89´1,0´1,0´1,0=1027 Н.

9 Мощность резания

кВт. (54)

Мощность электродвигателя привода главного движения ограничивается условием:

N_ЭФ=N´h (55)

где N – мощность электродвигателя главного привода станка, кВт;

h – КПД кинематической цепи от электродвигателя к инструменту.

Для станка 16К20Ф3 мощность электродвигателя N=10 кВт, h=0,75.

Тогда

N_ЭФ 10´0,75=7,5 кВт

Отсюда заключение, т.к. 2,62 кВт< 7,5 кВт, то обработка возможна.