Методика расчета режимов резания при точении

Методика расчета режимов резания при точении

На первом этапе производится выбор материала режущей части инструмента, тип и конструктивного исполнения резца, геометрия режущей части, то есть, углы режущей части (в зависимости вида обработки и материала заготовки)

Определение элементов режимов резания

1. Назначение глубины резания t

Припуск на обработку определяется по формуле, мм:

,

где: D₃ — диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм, D — диаметр детали по обработанной поверхности, мм. Если припуск снимается за один проход, то глубина резания, мм:

Если обработка разделена на черновую и чистовую, то:

2. Выбор подачи S

Подача S выбирается в зависимости от назначенной глубины резания t и ряда ограничений. На величину подачи накладываются следующие ограничения:

При черновом точении: прочность и жесткость державки резца; прочность твердосплавной пластины и слабых звеньев механизма подачи станка; жесткость обрабатываемой детали и способ ее крепления. Формально учет этих ограничений производится следующим образом.

При черновом наружном точении резцами с пластинками из твердого сплава и из быстрорежущей стали подача выбирается в зависимости от выбранной глубины резания t и с учетом диаметра детали и размера державки резца по таблицам (см. приложение). Подачи, допускаемые прочностью пластинки из твердого сплава при точении выбираются из таблицам (см. приложение). Выбрать нужно меньшую из двух — S_min. К ней подобрать ближайшую меньшую подачу из паспорта станка.

При чистовом и получистовом точении ограничением могут быть: заданная шероховатость обработанной поверхности и точность детали; жесткость державки резца и детали. В зависимости от D₃вида и условий обработки материала детали, а затем проверяется по точности и жесткости.

3. Расчет скорости резания V

Допустимая скорость резания V_T рассчитывается в зависимости от назначенных величин глубины резания t, подачи S и стойкости инструментаТ, м/мин:

,

где: C_V – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, вида работ и толщины среза ; m, x, y_v – показатели степени при значениях стойкости инструментаТ, глубина резания t и подачи S определяются по справочным данным (см. приложение); В ряде источников показатели степени приводятся с обозначением m, x_v, y_v; К_v — общий поправочный коэффициент на скорость резания рассчитывается как произведение частных поправочных коэффициентов, каждый из которых отражает отличие фактического значения одного из конкретных условий резания от использованного при экспериментальном определении табличных значений коэффициента С_V:

, (1.21)

где: К_МV – поправочный коэффициент на физико-механические свойства обрабатываемого материала (см. приложения); К_П – поправочный коэффициент на состояние поверхности заготовки (см. приложение); К_И – поправочный коэффициент на марку инструментального материала (см. приложение); К_φ – поправочный коэффициент на величину главного угла в плане (см. приложение);К_φ1, К_r — поправочные коэффициенты на вспомогательный угол в плане, радиус при вершине резца и поперечное сечение державки резца, включаемые в расчет только для резцов из быстрорежущей стали (см. приложение);

Определив К_v по формуле (1.21), V_T по формуле (1.22) и пользуясь формулой скорости резания, следует определить число оборотов шпинделя n, соответствующее расчетному значению допустимой скорости резания ,об/мин:

, (1.22)

Расчетное значение числа оборотов в минуту следует откорректировать, приведя в соответствие с ближайшим меньшим значением числа оборотов в минуту шпинделя станка из его паспортных данных.

Фактическую скорость резания можно рассчитать, исходя из выбранного числа оборотов в минуту шпинделя n_ст, м/мин:

,

Поскольку обычно фактическая скорость резания V_Ф меньше расчетной, фактическая стойкость инструмента возрастает согласно формуле (1.21).

Если же расчетное число оборотов в минуту шпинделя лишь на 5…10% меньше ближайшей имеющейся на станке ступени числа оборотов в минуту станка, можно воспользоваться этой ступенью, причем фактическая стойкость инструмента снизится незначительно.

II этап. Проверочный расчет выбранных значений элементов режима резания

Для проверочного расчета необходимо рассчитать силы резания, в частности, тангенциальную силу по формуле

, (1.23)

где: С_р – коэффициент, характеризующий группу обрабатываемых материалов (см. приложение); х, у ,n — показатели степени при глубине резания t , подаче s и скорости резания v определяются по таблицам (см. приложение); К_р – поправочный коэффициент, рассчитываемый как произведение поправочных коэффициентов на механические свойства обрабатываемого материала и на геометрические параметры резца;

, (1.24)

Значения поправочных коэффициентов в формуле (1.24) следует выбирать по справочным данным (см. приложение)

1. Проверка выбранной величины подачи s по прочности державки резца производится только при черновом точении. Исходя из того, что державка резца подвергается изгибу под действием силы Р_z, для резца прямоугольного сечения можно написать:

, (1.25)

где: В – ширина державки, мм; Н – высота державки, мм; L – вылет резца, l=(1,5. 2)Н, мм; [σ_И] – допускаемое напряжение на изгиб, МПа; [σ_И]=200 МПа.

Если подставить в (1.25) выражение Р_z из (1.23), то можно определить подачу, допускаемую прочностью державки резца, мм/об:

, (1.26)

2. Проверка выбранной величины подачи по жесткости державки резца производится в тех случаях, когда резец должен работать со значительным вылетом (например, при расточке сравнительно глубоких отверстий), при тяжелых условиях обработки (например, при движении вершины резца к оси заготовки при отрезке), а также при чистовом точении.

Максимальная нагрузка, допускаемая жесткостью детали, зависит от способа ее крепления, например, в патроне:

, (1.27)

где: Е – модуль упругости материала детали, Па (для углеродистой конструкционной стали Е = 200000 . 220000 Па); I – момент инерции державки; f_доп – допустимая стрела прогиба, мм (при черновом точении допускается; f_доп =0,1мм, при чистовом 0,05мм)

Подставив выражение силы резания из формулы (1.23) в формулу (1.27), получим выражение для наибольшей подачи, допускаемой жесткостью материала, мм /об:

, (1.28)

Это расчетное значение подачи S_ж должно удовлетворять соотношениюS_ж≤S_ст, где S_ст определено ранее.

3. Проверка выбранной величины подачи по кинематическим данным станка. Всегда должно быть выдержано соотношение:

где: S_max и S_min наибольшее и наименьшее значения подачи по паспортным данным станка.

Однако назначенная на втором этапе расчета подача S была откорректирована в соответствии с паспортными данными станка. Поэтому, если выдержаны соотношения:

то проверку подачи по кинематическим данным станка производить не следует.

4. Проверочный расчет по мощности на шпинделе N_e. Мощность резания определяется силой резания Р_z и фактическим значением скорости резания v.

Мощность резания не должна превосходить эффективной мощности станка N_e, т.е. должно быть выдержано соотношение

где: N_рез – мощность резания, кВт; N_е =Nη – эффективная мощность станка, кВт; N – мощность электродвигателя станка, кВт; η – коэффициент полезного действия станка.

,

Если не выдержано соотношение (1.29), следует подставить в левую часть выражения (1.22) N·η, определить наибольшее значение скорости резания, допускаемое мощностью станка. Однако следует иметь в виду, что при снижении скорости резания Р_z (1.23). Поэтому необходимо пересчитать P_z, а затем, проверив достаточность мощности, откорректировать число оборотов шпинделя в минуту n_N , соответствующее v_N паспортным данным станка.

Конечной целью является расчет основного технологического (машинного) времениТ_о. Его необходимо выполнить после проверки выбранных элементов режима резания. Как указывалось ранее, именно минимизация основного времениТ_о является целью расчета оптимального режима резания.

Основное (машинное) технологическое время следует рассчитать по формуле, мин:

,

где: L=l+l₁+l₂ — расчетная длина обработки, мм; l— длина обрабатываемой поверхности, мм; l₁ -врезание резца, определяемое из соотношения, мм:

мм

где: l₂ — перебег резца, l₂ =1. 5мм; i — число проходов.

Производительность труда на любой операции технологического процесса обработки деталей определяется величиной штучного времени Т_шт, затрачиваемого на выполнение операции.

Величина штучного времени определяется из соотношения, мин:

где: Т_о — основное (машинное) технологическое время; Т_всп— вспомогательное время, затрачиваемое на установку, закрепление и снятие заготовки, на управление станком; Т_обсл—время на организационно-техническое обслуживание рабочего места; Т_ошд — время на отдых.

Назначенные режимы резания прямо или косвенно влияют на все составляющие штучного времени. На основное (машинное) время Т элементы режимов резания оказывают непосредственное влияние. На остальные структурные составляющие штучного времени элементы режимов резания оказывают косвенное влияние, через изменение стойкости инструмента Т.

Дата добавления: 2017-01-16 ; просмотров: 10860 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Режимы резания при точении

Эффективная работа режущего инструмента заключается в выборе наиболее выгодного режима, при котором происходит обработка со значительной производительностью и наименьшей себестоимостью.

Обычно при точении режимы резания обоснованы такими параметрами как: глубина резания, обозначаемая буквой t и измеряемой в миллиметрах ( мм ); рабочей подачей S измеряемой в миллиметрах на оборот ( мм/об ), а также, что очень важно, скоростью резания v ( м/мин ).

Глубина резания

Под глубиной резания понимается то расстояния, на которое резец проникает в материал, образуя тем самым некоторую дистанцию между поверхностями, ода из которых является обрабатываемой, а другая обработанной.

Учитывая особенности обтачивания заготовки на токарном станке, которая производится вдоль оси её вращения, глубина резания рассчитывается как разность диаметров делённых на два:

• T – глубина резания;
• D – диаметр до обработки;
• d – диаметр обработанный.

Выполняя обработку с торца заготовки, по направлению перпендикулярному оси вращения, глубиной резания является величина срезаемого слоя. Токая технологическая операция называется подрезанием.

Подача

На токарных станках, как и на других обрабатывающих машинах, имеются механизмы осуществляющие перемещение инструмента по заданной траектории, движения которого называется подачей. При точении она выражается в величине перемещения резца, на которую он перемещается за один оборот заготовки.

Скорость резания

Скорость резания, которая используется при точении, это та длинна пути, что проходит лезвие резца, условно представленного как точка, за одну минуту.

Скорость резания имеет символ обозначения в виде латинской буквы v ,а её величина измеряется в метрах в минуту ( м/мин ). Скорость резания при точении рассчитывается по формуле:

• v – скорость резания;
• π – 3,14;
• D – диаметр обрабатываемой поверхности;
• n – число оборотов.

Обороты заготовки

На токарных станках главным движением считается ни что иное как осевое вращение заготовки измеряемое в оборотах в минуту ( об/мин ). Величина оборотов заготовки вычисляется по формуле:

Выбор режимов резания

Для того чтобы определиться с глубиной резания необходимо знать припуск материала который нужно удалить, а также технические требования предъявляемые к шероховатости поверхности и квалитету точности указанные на чертеже. Например, если поверхность детали необходимо выполнить с высокими показателями, как по качеству поверхности, так и по её точности то припуск, превышающий два миллиметра, стоит снимать за несколько проходов, а при неравномерной величине припуска дополнительно добавляются проходы, чтобы снизить искажения геометрии на обработанной поверхности при неравномерной нагрузке на резец.

Подачи при выполнении черновой обработки задаются максимально возможные исходя из мощности и жёсткости конкретного станка, а также прочностных характеристик режущего инструмента. Подачи при чистовой обработке задаются с минимальными значениями в соответствии с требуемыми параметрами шероховатости. Рекомендуемые подачи можно выбирать по соответствующим таблицам.

Выбор скорости резания применительно к материалу резца производится исходя из таких параметров как: глубина резания, рабочей подачи и свойств обрабатываемой заготовки. На практике же величина скорости резания выбирается исходя из допустимой стойкости конкретного инструмента. Например, стойкость отечественного твердосплавного резца находится в интервале от 60 до 90 минут. Необходимую скорость резания можно так же подобрать по специальным таблицам.

Практическая работа №1По теме: «Режимы резания при нарезании резьбы резцами».

На практике применяются резцы для наружной и внутренней резьбы с державкой прямоугольного сечения. Реже встречаются дисковые, призматические, затачиваемые по передней поверхности. Рабочий профиль у всех соответствует размерам винтовой канавки. По направлению нарезаемой спирали выпускают левые и правые.

Различают цельные и сборные инструменты. Первые, преимущественно изготовлены из быстрорежущей стали, небольшого сечения или дисковые. Основная масса оснащается режущими пластинами, закреплёнными пайкой тугоплавким припоем или механическим способом, допускающим замену при износе.

Резцы резьбовые: наружный (черт. 1), внутренний (черт. 2)

Технология использования метчиков и плашек

При помощи метчиков, представляющих собой винт с несколькими продольными канавками, которые формируют режущие кромки и способствуют отводу стружки, на токарном станке нарезают преимущественно метрические резьбы в отверстиях небольшого диаметра. Если для нарезания резьбы используются машинные метчики, то операция выполняется за один проход.

Машинные метчики отличаются от обычных тем, что они состоят из двух частей – заборной и калибровочной. Если для нарезания резьбы с помощью токарного станка используются обыкновенные метчики, то технология выполнения этого процесса предполагает применение набора инструментов. Набор для нарезания внутренней резьбы включает в себя три типа метчиков: черновой, который выполняет 60% работы, получистовой (30%), чистовой (10%). Иногда в таком наборе может быть два инструмента: черновой, выполняющий 75% работы, и чистовой, на который приходится 25% работы. Чтобы отличить черновой метчик от чистового, достаточно посмотреть на его заборную часть: она у него значительно длиннее, чем у чистового.

Конструкция метчика для нарезания резьбы

Скорость нарезания резьбы на токарном станке с использованием метчиков может быть достаточно высокой:

• 6–22 м в минуту – для деталей, изготовленных из чугуна, бронзы и алюминия;
• 5–12 м в минуту – для стальных заготовок.

При помощи плашек, представляющих собой кольцо с внутренней резьбой и несколькими стружечными канавками, наружную резьбу делают на винтах, болтах и шпильках. Поверхность детали должна быть предварительно обточена на величину требуемого диаметра, который обязательно должен учитывать допуск:

• 0,14–0,28 мм – для резьбы, диаметр которой составляет 20–30 мм;
• 0,12–0,24 мм – для резьбы с диаметром 11–18 мм;
• 0,1–0,2 мм – для резьбы, имеющей диаметр 6–10 мм.

Плашки, которыми нарезается наружная резьба, закрепляются в специальном патроне (плашкодержателе), расположенном в пиноли задней бабки токарного станка.

Плашки для нарезания резьбы

Используя плашки, резьбу нарезают со следующими скоростями (их настройка также учитывает минимальный износ инструмента в ходе работы):

• 10–15 м в минуту – на изделиях, выполненных из латуни;
• 2–3 м в минуту – на чугунных деталях;
• 3–4 м в минуту – на заготовках из стали.

Силовые зависимости.

Тангенциальная составляющая силы резания Рz, Н, при нарезании резьбы резцами

крутящий момент, Н·м, при нарезании резьбы метчиками, резьбовыми головками

где Р — шаг резьбы, мм;

— число рабочих ходов, устанавливаемое из табл. 24;

D —номинальный диаметр резьбы, мм.

Коэффициенты СР,СМ

и показатели степени приведены в табл. 27. Поправочный коэффициент, , учитывающий качество обрабатываемого материала, определяют для резцов по табл. 13, для других инструментов — по табл. 26.

Характеристика режимов работы

Расчет операции резания выполняется с использованием специальных справочных и нормативных документов, которых на данный момент существует немало. Необходимо тщательно изучить представленные таблицы и выбрать в них подходящие значения. Правильно выполненный расчет гарантирует высокую эффективность применяемого режима обработки детали и обеспечивает достижение лучшего результата.

Основные виды токарных работ по металлу

Но такой метод расчета является не всегда удачным, особенно в условиях производства, когда нецелесообразно тратить много времени на изучение таблиц с огромным числом значений. Установлено, что все величины режимов резания взаимосвязаны между собой. Если изменить одно значение, закономерно, что все остальные характеристики обработки станут иными.

Поэтому очень часто специалисты предпочитают применять расчетную или аналитическую методику определения режимов резания. Используются специальные эмпирические формулы, при помощи которых определяются все необходимые нормы. Чтобы расчеты по данной методике были абсолютно точными, необходимо знать следующие параметры токарного станка:

• частота вращения шпинделя;
• величины подач;
• мощность.

На современных производствах для выполнения подобных расчетов используют специальное программное обеспечение. Специалисту достаточно ввести известные данные, после чего компьютер выдаст вычисляемые величины. Применение программ для расчетов существенно облегчает работу специалистов и делает производство более эффективным.

Устройство токарного станка

Глубина врезания за проход

Рекомендации по глубине врезания можно найти в каталоге или в ToolGuide. Эти значения рекомендуются в качестве начальных, при этом необходимо подобрать оптимальное количество проходов для каждой конкретной операции точения резьбы.

• Избегайте глубины врезания менее 0,05 мм
• Для пластин со вставками из кубического нитрида бора глубина врезания не должна превышать 0,10 мм
• Для многозубых пластин необходимо в точности следовать рекомендациям по глубине врезания

Уменьшение глубины врезания (постоянная площадь сечения стружки)

Уменьшение глубины врезания за проход – самый популярный способ улучшить результат обработки и первый выбор на всех операциях точения резьбы.

• Первый проход должен быть самым глубоким, а последний – около 0,07 мм
• Даёт равномерную нагрузку на пластину и более «сбалансированную» площадь сечения стружки

Постоянная глубина врезания за проход

При постоянной глубине врезания каждый проход (кроме последнего) будет осуществляться с одинаковой глубиной врезания независимо от количества проходов. Этот вариант является менее производительным.

• Повышает необходимое количество проходов
• Более высокая нагрузка на пластину
• Может обеспечить более оптимальный контроль над стружкодроблением
• Не рекомендуется использовать при обработке резьб с шагом более 1,5 мм или 16 ниток на дюйм

Циклы точения резьбы на станках с ЧПУ

Стандартные токарные станки с ЧПУ имеют специализированные циклы точения резьбы, где шаг, глубина резьбы и количество проходов можно задать различными способами, включая программирование первого и последнего проходов.

Для последнего прохода настоятельно рекомендуется не использовать зачистной проход (при котором глубина резания последнего прохода равна глубине резания предыдущего). Более оптимально использовать рекомендуемые циклы врезания для обеспечения высокого качества резьбы и стойкости пластины.

Инструмент для точения: классификация

От качества и надежности токарных резцов в значительной степени зависит точность получаемых размеров и производительность обработки. Они должны обеспечивать:

• получение требуемой формы;
• размеры;
• качество поверхности;
• наибольшую производительность при минимальных силовых, а следовательно, энергетических затратах;
• технологичность в изготовлении;
• возможность восстановления режущих свойств;
• минимальный расход дорогостоящих инструментальных материалов.

Классифицировать токарные резцы можно по способу обработки:

• проходные;
• подрезные;
• отрезные;
• прорезные;
• галтельные;
• резьбовые;
• фасонные;
• расточные.

По материалу режущей части выделяют:

• инструментальные;
• быстрорежущие;
• твердосплавные: однокарбидные (вольфрамовые);
• двухкарбидные (титановольфрамовые);
• трехкарбидные (титанотанталовольфрамовые);

По конструктивному исполнению токарные резцы бывают:

• цельные;
• сборные;
• комбинированные.

Выбор типа токарного резца зависит от типа обрабатываемой поверхности (наружная, внутренняя), твердости материала заготовки, типа обработки (черновая, получистовая, чистовая), геометрических параметров и материала режущей части, державки.

Способы расчета режимов резания при токарной обработке с ЧПУ

Как рассчитать необходимый режим резания, скорость, подачу, охлаждение и другие факторы, влияющие на качество токарных работ.

• Токарные станки с ЧПУ
• Режимы резания
• Точение как способ обработки
• Сверление

Чтобы избежать поломок инструментария, повреждения исходного материала, необходимо произвести расчет режимов резания при токарной обработке с ЧПУ. При выборе режима обработки конкретного материала учитываются многие моменты: общий план обработки, качество охлаждения инструмента, уровень слоя при подрезании, величина обрабатываемого объекта.

Токарные станки с ЧПУ

Обработка металлов, дерева, пластмасс производится на станках с ЧПУ. От целесообразности технологического использования зависит коэффициент полезного действия токарных станков. Безопасность и продуктивность обработки определяют режимы резания при сверлении. Амортизационный срок режущих приспособлений находится в прямой зависимости от глубины обработки, от направления подачи комплекса деталей.

Исходя из расчета стоимости станков, оснащенных программным управлением, общее время отработки нового инструмента в заданном режиме резания до притупления его выбирается ниже предложенного в справочниках. А регламент его работы – выше. Токарная обработка представляет собой совокупность характеристик металлорежущих элементов:

• глубина обработки;
• подача, на какую величину перемещается механизм за оборот;
• быстрота вращения и частота.

Высокая продуктивность станков достигается за счет наибольших допустимых значений скорости и глубины резания, а также подачи.

Режимы резания

Важно правильно определить тот слой металла, который подлежит металлообработке. Режущий момент представляет некоторые стадии обработки:

• вначале выбирается глубина, которая обеспечит окончательные размеры детали;
• удаляются просчеты предыдущей обработки, изъяны обрабатываемой поверхности;
• возмещаются погрешности, появившиеся в фазе отделки заготовки.

Поэтому предпринимается несколько перемещений, в результате режущих действий складывается общий припуск, общая глубина. До окончательной доработки предстоит сделать промежуточные операции. К примеру, для отделки детали в четыре перехода сначала определяется глубина четвертого уровня, затем глубина резания третьего перехода и потом второго. Таким образом, в первый черновой проход снимается та разница между общей величиной и трех переходов. Так определяются режущие режимы.

Программное задание заключается в обеспечении рационального режима резания. В расчет режима принимаются такие начальные данные:

• схема детали для обработки;
• параметры болванки;
• тип материала;
• токарный резец;
• характеристика станка.

Претерпеваемые станками нагрузки при обработке металла требуют серьезных расчетов рабочей скорости, глубины резки, величины подачи в полном соответствии с заводскими характеристиками конкретного станка.

Точение как способ обработки

Токарное дело представляет собой обработку с целью придания цилиндрической поверхности с помощью инструмента при вращении отливки и продвижении резца. Это традиционный довольно простой способ отделки в точении.

В современной металлообработке изучены методы совершенствования этого процесса в ходе глубокого познания факторов влияния на него.

Точение представляется как совмещение двух комбинированных движений. Во-первых, это верчение заготовки и, во-вторых, передвижение инструмента. По подбору инструментария, расчету рабочего режима, программированию отделки процесс точения относится к разряду простых процедур. Но форма и материал деталей, тип процесса, условия его выполнения, требования к качеству исполнения, стоимость – этот ракурс разнообразен.

Сверление

На токарном станке обрабатывается большое количество самых разнообразных деталей. Почти на каждой из них имеются отверстия различного предназначения. В одних случаях сверление отверстий предусмотрено конструкторской мыслью для создания сборочной единицы, узла. Другие варианты сверления обеспечивают решение функциональных задач.

Режущей частью (сверлом) вращающегося механизма можно получить отверстия определенных параметров (глубины, диаметра, сечения). Этот рабочий момент проводится с конкретной задачей:

• подготовить отверстия для резьбы, для растачивания;
• технологические отверстия для расположения электропровода, крепежных ингредиентов;
• для закладки взрывчатки при горнодобывающих мероприятиях;
• как метод разрушения конструкций.

В зависимости от цели и назначения отверстия делают на токарном станке на площадке сплошного материала или обрабатываются, доводятся до конечных параметров уже имеющиеся отверстия. Станок, производящий операцию сверления характеризуется показателями:

• производительностью;
• качеством и безопасностью отделки;
• условиями работы;
• точностью выполнения функции.

Чтобы успешно заниматься режимами работы станков с программным управлением, необходим компьютер, способный определять нужные данные:

• нижнюю градацию предельно допустимых оборотов в 1 минуту;
• данные по классификации режущих механизмов – всевозможных фрезерных инструментов (торцевых, червячных, конических и др.);
• сообщения о прочности исходных материалов на изгиб;
• своевременное уведомление о степени износа;
• информацию о состоянии стружки (утончении);
• вероятность произведения расчета мощности в нескольких режимах.

Применение современного оборудования позволяет сделать надежные расчеты и работать в нужных режимах с высокой отдачей, хорошим коэффициентом полезного действия.