Чистовая токарная обработка режимы в таблицах

На протяжении многих лет токарная обработка металлических и иных деталей остается одной из основных операций в металлургическом производстве. Со временем меняются технологии, на заводах внедряются современные станки с ЧПУ, однако суть остается неизменной – только грамотно выбранные параметры резания на агрегатах позволяют достичь нужного результата.

Виды и режимы работы токарных станков

Токарная работа на станках остается наиболее востребованным способом получения большинства изделий. Применение в этих целях более современных методов оправдано далеко не всегда ввиду их высокой стоимости.

Для получения различных деталей применяются те или иные токарные станки:

• с ЧПУ (числовым программным управлением), благодаря которым удается достичь наивысшего качества и высокой скорости обработки поверхностей заготовок. Точение на данных агрегатах осуществляется с точностью до микронных долей, что обеспечивается за счет тонкой компьютерной настройки необходимых параметров;
• лоботокарные, позволяющие вытачивать конические и цилиндрические детали нестандартных размеров;
• револьверно-токарные, служащие для точения элементов из калиброванных прутков;
• карусельно-токарные, используемые для создания заготовок больших диаметров;
• токарно-винторезные, которые служат по большей части для обработки деталей цилиндрической формы.

В зависимости от материала подбирается тот или иной режим резки при токарной обработке, включающий в себя совокупность таких важных параметров, как:

• вес изделия;
• глубина воздействия;
• допустимая скорость.

Все эти величины определяются специалистами с использованием нормативных документов и специализированных справочников. Прежде всего, следует внимательно изучить рекомендуемые в таблицах значения, чтобы выбрать оптимальные.

Режимы резания как при расточке внутренних диаметров, так и при обработке наружных поверхностей заготовок, должны назначаться с обязательным учетом возможностей агрегата и режущего инструмента. От правильности их выбора непосредственно зависит качество и скорость изготовления деталей.

При подборе характеристик операции резания важно определиться с выбором резака. Подбор осуществляется в зависимости от типа и материала исходной заготовки. Подачу резца назначают, исходя из необходимой скорости вращения шпинделя. Чем выше обороты, тем меньше должна быть ее величина. В противном случае металлическая деталь может перегреться и расплавиться.

Скорость резания при чистовой и черновой обработке различна. В последнем случае она несколько ниже, а подача, соответственно, выше. Чистовые проходы при резании осуществляются в режимах, обеспечивающих максимальную степень точности. Наиболее качественно эту операцию позволяют выполнить станки, оснащенные ЧПУ, имеющие бесчисленное множество эксплуатационных преимуществ.

Каждый раз затрачивать много времени на тщательное изучение немалого количества справочных таблиц, особенно в производственных условиях, когда необходимо успеть вовремя выполнить заказ, нецелесообразно. Какой бы токарный станок ни использовался при работе, все параметры резания взаимозависимы. При смене величины одного все остальные характеристики режимов резания, включая подачу и скорость, обязательно станут другими.

В связи с этим любая обработка осуществляется по специально разрабатываемым аналитическим и расчетным методикам. Все прописанные в нормативах параметры вычисляются посредством различных эмпирических формул. Точность обеспечивается благодаря известным характеристикам:

• величины подачи;
• частоты вращения шпинделя;
• мощности агрегата.

В отдельных случаях необходимо также учитывать ряд других величин, оказывающих влияние на обработку поверхностей изделий.

Современные предприятия для проведения данных вычислений применяют специальные программы. Работнику достаточно только ввести вручную известные характеристики, и на экране компьютера сразу отобразятся все искомые параметры. Использование программного обеспечения значительно экономит время и упрощает работу, как и оснащение производств станками с ЧПУ.

Скорость резания и ее расчет

Одним из наиболее важных показателей является скорость. Ее величина непосредственно зависит от выполняемых работ. На максимальных оборотах осуществляется обрезка торцов заготовок. Точение или сверление имеют другие требования к этому параметру.

Чтобы выбрать оптимальное значение скорости и сделать качественную обработку детали, следует учитывать:

• тип токарного инструмента;
• вид операции;
• материал заготовки.

Скорость резания для традиционных методов воздействия на детали можно определить, руководствуясь соответствующими таблицами из справочников. Но в условиях производства далеко не всегда целесообразно прибегать к такому варианту. Гораздо быстрее величину этого параметра вычислить по несложной формуле:

V – искомая скорость, м/мин;

D – максимальная величина диаметра используемой заготовки, мм;

n – количество оборотов детали за одну минуту, соответствующее частоте вращения шпинделя станка;

π – константа, равная 3,141526.

Отсюда видно, что скорость обработки прямо пропорциональна диаметру исходной заготовки. А чем он меньше, тем больше должна быть частота вращения.

При выборе и назначении того или иного режима работы токарного станка следует обязательно учитывать твердость резцов и материала детали. Например, при обработке твердосплавными резцами рекомендованное значение должно находиться в диапазоне 100–200 м/мин.

При известной величине из вышеуказанной формулы легко можно вычислить необходимую частоту резания.

Глубина обработки подбирается с учетом мощности привода и материала режущего инструмента. При появлении в процессе работы паразитных вибраций следует снизить скорость подачи резака.

2.2. Выбор рациональных режимов резания при точении

Элементами режима резания являются: глубина резания, подача и скорость резания.

Глубина резания t (мм) – расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали к последней. При точении – это толщина слоя металла срезаемого за один проход резца. При обтачивании, растачивании, рассверливании

где D – наибольший диаметр касания инструмента с деталью, мм;
d – наименьший диаметр касания инструмента с заготовкой, мм.

При сверлении t = D / 2,

где D – диаметр отверстия, мм.

При отрезании и вытачивании канавки глубина резания соответствует ширине прорези, выполняемая резцом за один проход.
Подача (мм/об) – величина перемещения инструмента за один оборот заготовки. Различают продольную, поперечную и наклонную подачи в зависимости от направления перемещения резца. Рекомендуется для данных условий обработки выбирать максимально возможную величину подачи.

Скорость резания V (м/мин) – путь, который проходит наиболее удаленная от оси вращения точка поверхности резания относительно режущей кромки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания для станков с главным вращательным движением (токарных, сверлильных, фрезерных) подсчитывается по формуле

V = p Dn / 1000 » Dn / 320,

где D – наибольший диаметр заготовки (при токарной обработке),

диаметр сверла (при сверлении) или диаметр фрезы (при фрезеровании), мм;

n – частота вращения заготовки или инструмента, об/мин.

Режим резания, который обеспечивает наиболее полное использование режущих свойств инструмента и возможностей станка при условии получения необходимого качества обработки, называется рациональным.

Для повышения производительности труда рекомендуется работать с возможно большим режимом резания. Однако его увеличение ограничивается стойкостью инструмента, жесткостью и прочностью обрабатываемой детали, узлов станка и его мощностью.

Высокая производительность может быть достигнута, если в первую очередь будут приняты наибольшие возможные значения глубины резания и подачи и в зависимости от них – допустимая скорость резания, обеспечивающая принятую стойкость инструмента.

Выбор режима резания выполняют на основании исходных данных: чертежа обрабатываемой детали, размеров заготовки, типа, материала и геометрии инструмента, паспортных данных станка в следующем порядке.

1. Глубина резания принимается в зависимости от величины припуска. Рекомендуется вести обработку за один проход. Минимальное число проходов определяется мощностью станка, жесткостью детали и заданной точностью обработки. При черновой обработке (если условия позволяют) глубину резания назначают максимальной – равной всему припуску. Точные поверхности обрабатывают вначале предварительно, затем окончательно. При чистовой обработке глубину резания назначают в зависимости от требуемых степени точности и шероховатости поверхности в следующих пределах: для шероховатости поверхности до R _z от 10 до 20 включительно глубина резания 0,5 – 2,0 мм, для R _z от 2,5 до 0,063 – 0,1 – 0,4 мм.

2. Подачу выбирают из нормативных таблиц в зависимости от марки обрабатываемого материала, размеров заготовки и выбранной глубины резания. Рекомендуется для данных условий обработки выбирать максимально возможную величину подачи. При черновой обработке ее значение ограничивается жесткостью детали, инструмента и допустимым усилием предохранительного механизма подачи станка. Подача для чистовой обработки определяется главным образом шероховатостью обрабатываемой поверхности. Для уменьшения шероховатости подачу следует принимать меньшей.

Окончательно подачу корректируют исходя из данных станка и принимают ближайшую из имеющихся на станке.

3. Скорость резания, допускаемая инструментом, определяется заданной стойкостью резца, глубиной резания, подачей, твердостью обрабатываемого материала и рядом других факторов. Средняя стойкость резца обычно принимается равной 30–90 мин.

Скорость резания назначают по соответствующим нормативным таблицам в зависимости от свойств обрабатываемого материала, принятых значений глубины резания и подачи. Такие таблицы составлены для определенных условий работы. Поэтому если действительные условия резания отличаются от нормативных, выбранную скорость надо умножить на поправочные коэффициенты, прилагаемые к таблицам.

4. Зная скорость резания, определяют частоту вращения n (об/мин) из формулы

n = 1000V / p D » 320V / D,

где V – скорость резания, м/мин; D – наибольший диаметр касания инструмента с заготовкой, мм.

Так как станок точно такой частоты вращения шпинделя может не иметь, вследствие ее ступенчатого регулирования, то назначают ближайшую меньшую величину. В результате этого незначительно снижается скорость резания, но зато стойкость режущего инструмента повышается.

5. По принятой частоте вращения подсчитывается действительная скорость резания (м/мин).

6. Проверку режима резания по мощности при черновом точении можно выполнить, пользуясь формулой

где V – скорость резания, м/мин.; 1020 – коэффициент перевода Н x м/с в кВт; P _z – вертикальная составляющая силы резания, Н.

Вертикальная составляющая силы резания P _z (Н) – сила сопротивления резанию, действующая в вертикальном направлении касательно к поверхности резания. Для приближенных расчетов ее можно определить из формулы

где K – коэффициент резания, равный силе резания, приходящейся на 1 мм 2 площади поперечного сечения срезаемой стружки, МПа (табл. 11);

t – глубина резания, мм; S – подача, мм/об.

Среднее значение коэффициента резания К при точении

После подсчета мощности резания должно соблюдаться условие

где N _рез – мощность, необходимая на резание; N _шп – мощность на шпинделе.

Пример . Выбрать режимы резания для обтачивания вала из стали 45 ( s _в = 650 МПа) при следующих данных : диаметр заготовки D = 45 мм, диаметр детали d = 40-_0,05 мм, длина обрабатываемой поверхности L = 200 мм, шероховатость Ra = 2,5 мкм, установка в патроне и заднем центре.

Станок токарно-винторезный 1К62; резец – проходной упорный с пластинкой из твёрдого сплава Т15К6.

Геометрия резца: g = 12 ° , a = 10 ° , j = 90 ° , r = 1 мм; форма передней поверхности – плоская с положительным передним углом.

Решение. Учитывая высокую точность и малую шероховатость поверхности детали, обтачивание следует выполнять за два перехода . На чистовое точение оставлен припуск 1 мм на диаметр.

Назначаем режим резания для чернового перехода.

1. Глубина резания

t = ( D – d ) / 2 = (45 – 41) / 2 = 2 мм.

2. Из табл. 20 выбираем подачу равную S = 0,5 мм/об.

3. По табл. 27 выбираем скорость резания V = 166 м/мин.

По табл. 28 устанавливаем поправочные коэффициенты для заданных условий работы: К₁ = 1; К₂ = 1,15; К₃ = 1; К₄ = 1; К₅ = 0,8.

Умножаем табличную скорость на поправочные коэффициенты:

V = 166 * 1,15 * 0,8 = 152 м/мин.

4. Определяем необходимую частоту вращения заготовки

n = 320 * V / D = 320 * 152 / 45 = 1080 об/мин.

По паспорту станка табл. 31 принимаем ближайшую меньшую частоту вращению n = 1000 об/мин.

5. Уточняем действительную скорость резания

V = Dn / 320 = 45 * 1000 / 320 = 140 м/мин.

6. Проверяем режим резания по мощности на шпинделе станка. Вычисляем усилие резания: P _z = KtS.

Из табл. 11 коэффициент резания К = 1780 МПа, тогда

P _z = 1780 * 2 * 0,5 = 1780 Н.

Мощность, необходимая на резание,

N _рез = P _z V / 60 * 1020 = 1780 * 140 / 60 * 1020 = 4,1 кВт.

Из табл. 14 мощность двигателя станка N _дв = 10 кВт.

КПД станка принимаем h = 0,75. Тогда мощность на шпинделе составит

N _шп = N _дв h = 10 * 0,75 = 7,5 кВт,

что вполне достаточно для осуществления выбранного режима резания.

Назначаем режим резания для чистового перехода.

1. Глубина резания

t = (41 – 40) / 2 = 0,5 мм.

2. Подача (табл. 21) S = 0,2 мм/об.

3. Скорость резания из табл. 27 составляет 235 м/мин.

Уточняем скорость резания соответственно изменённым условиям работы:

n = 235 * 1,15 * 0,8 = 216 м/мин.

4. Определяем частоту вращения заготовки:

n = 320 V / D = 320 * 216 / 41 = 1680 об/мин.

Исходя из данных станка (табл. 31) принимаем n = 1600 об/мин.

5. Действительная скорость резания

V = Dn / 320 = 41 * 1600 / 320 = 205 м/мин.

Как известно, существует множество способов расчета режимов резания: таблицы, формулы пересчета с усилий резания, графики стойкости резца, метод оптимального сечения стружки. Однако хотелось бы предложить новую методику расчета режимов резания, которая основана на пересчете максимально возможной мощности затраченной на резание — исходя из мощности станка. Данный метод разработан не так давно, и лично автором опробован на производстве с различным оборудованием, как на ветхих 16К20, так и на модифицированных российских станках с ЧПУ. В обоих случаях были показаны весьма неплохие показатели по времени обработки и по качеству поверхности, однако при некоторых типах точения (например растачивание и отрезная) приходилось корректировать понижающие коэффициенты — что в принципе можно считать плюсом методики, так как есть возможность регулирования.

Как уже говорилось принцип метода — пересчет из затрачиваемой мощности, и жесткая зависимость площади сечения стружки и скорости резания. Самым главным моментом является удержание пропорциональности величин подачи, глубины резания, и частоты вращения при определенном диаметре заготовки, поэтому удобнее всего эту методику применить при расчете в программе (например ТехноПро). Скачать отдельный макрос автоматического расчета режимов резания можно в теме режимов на форуме во вложении.

С учетом особенностей отечественной промышленности и взяв во внимание тот факт, что каждый токарь стремится производить обработку так как сам считает нужным (практика), то данная методика несет рекомендательный характер (хотя в 80% случаев токари применяли аналогичные режимы), однако для оформления технологической документации наиболее удобна ввиду своей возможной автоматизации.

Методика расчета режимов резания при токарных работах

Наружное продольное точение

Подачи при черновой и чистовой обработке выбирать по таб.1; большие назначать при обработки малых диаметров, меньшие – при обработке больших диаметров. Подачи заведомо снижены, учитывая недостаточную жесткость системы и высокую вероятность возникновения вибраций при резании. При чистовой обработке радиус при вершине резца выбирать не меньше 2 мм, вылет резца минимальный.

s =0.30 мм/об ( Ra =6.3)

s =0.23 мм/об ( Ra =3.2)

s =0.11 мм/об ( Ra =1.6)

При прерывистом точении снижать подачу на 25%. Подачу корректировать коэффициентом K_ls в зависимости от вылета резца l (таблица 2) и коэффициентом K φ s в зависимости от главного угла в плане (таблица 3).