Выбор режимов резания при токарной обработке

Пример 1. Точить валик с одной стороны начерно из заготовки, полученной методом горячей штамповки (рис.2.1) 90 х 725 мм с припуском по ступеням вала 5 мм на сторону, материал заготовки сталь 40Х, σ_в = 72 кг/мм 2 , станок токарно-винторезный модели 16К20Ф1, η = 0,8. Инструмент — резец проходной, φ = 45°, Т5К10, резец проходной упорный 16×25 φ = 90°, Т5К10. Приспособление — центры, хомутик.

Рис.2.1 — Точение ступеней валика

Паспортные данные токарно-винторезного станка модели 16К20Ф1 следующие:

Число оборотов шпинделя в минуту: 12,5; 16 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125;160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 мин -1 .

Продольные подачи 0,07; 0,074; 0,084; 0,097; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,17; 0,195; 0,21; 0,23; 0,26; 0,28; 0,30; 0,34; 0,39; 0,43; 0,47; 0,52; 0,57; 0,61; 0,70;0,78; 0,87; 0,94; 1;04; 1,14; 1,21; 1,40; 1,56; 1,74; 1,90; 2,08; 2,28; 2,42; 2,80; 3,12; 3,48; 3,80; 4,16 мм/об.

Максимальное усилие механизма осевой подачи составляет 360 кг (3600Н), а мощность на шпинделе N_СТ = 8,5 кВт.

1. Назначается глубина резания t = 5 мм для обработки каждой шейки вала (весь припуск) (см. рис.2.1).

2. По таблице 2.1 определяется подача 0,5…1,1 мм/об для диаметра детали 60…100 мм и размера державки 16×25 мм 2 при глубине 3…5 мм.

В среднем получается подача S = 0,8 мм/об.

3. Ближайшее значение подачи по паспорту станка S_ct = 0,78 мм/об.

4. Расчетная скорость резания определяется по эмпирической формуле:

Значение коэффициента и показателей степени выбираются из таблицы 4. Для подачи S св. 0,7 мм/об C_V = 340, х = 0.15, у = 0.45, т = 0.20мм, Т = 60 мин (принимаем). Для поправочных коэффициентов по скорости резания из таблиц 5, 6, 7, 8 устанавливают величины поправок.

При подстановке данных в формулу скорости резания получаем:

V_р=340?0,54/(60 0,2 5 0,15 0,78 0,45 ) =340?0,54/(2,267?1,27?0,894) =71,3 м/мин.

5. Частота вращения шпинделя для обработки шеек 61,5; 71,5; 81,5 определяется по формуле:

n₁ = (1000?71,3) / π61,5 = 369,2 мин -1 ; п₂ = (1000?71,3) / π71,5 = 317,5 мин -1 ; п₃ = (1000?71,3) / π·81,5 = 278,6 мин -1 .

6. По паспорту станка при назначении чисел оборотов шпинделя можно принять п = 315 мин -1 .

7. Действительная скорость резания для трех шеек получается

V₁ = (π·61,5?315) / 1000=60,82 м/мин; V₂ = (π·71,5·315) / 1000 = 70,72 м/мин;

8. Разница с расчетной скоростью не превышает 10…15%, поэтому можно принять обработку трех шеек с общей частотой вращения п = 315 мин -1 .

9. Эффективная мощность резания определяется по формуле:

где Р_z — тангенциальная составляющая силы резания.

Показатели степени и постоянная C_Pz определяются по таблице 2.9.

Рис. 2.2 — Эскиз обработки к примеру 2

I. Выбираем резец и устанавливаем его геометрические элементы. Принимаем токарный проходной резец отогнутый правый. Материал рабочей части – пластины — твердый сплав ВК6; материал корпуса резца — сталь 45; сечение корпуса резца 16 ´ 25 мм; длина резца 150 мм.

Из-за отсутствия рекомендаций по выбору геометри­ческих элементов резца в используемом справочнике при­нимаем их по справочнику: форма передней поверх­ности — плоская с фаской, типа II; = 12°; = – 3°; = 10°; = 0°; = 45°; = 45°; = 1 мм.

2. Назначаем режим резания

1. Устанавливаем глубину резания. При снятии припуска за один рабочий ход t = h = 2 мм.

2. Назначаем подачу.

Для параметра шероховатости поверхности Rz = 20 мкм (R_a = 6,3мкм) при обработке чугуна резцом с = 1 мм реко­мендуется = 0,33 мм/об (для = 0,8 мм) и = 0,42 мм/об (для = 1,2 мм).

Принимаем для = 1 мм среднее значение = 0,38 мм/об и, корректируя по паспорту станка, уста­навливаем = 0,35 мм/об.

3. Назначаем период стойкости резца. При одноинструментной обработке Т = 30 . 60 мин. При­нимаем Т = 60 мин.

4. Определяем скорость главного движения резания (м/мин), допускаемую режущими свойствами резца:

Из таблицы 17 выписываем коэффициент и пока­затели степеней формулы: для наружного продольною точения серого чугуна с НВ 190 при £ 0,4 резцом с пластиной из твердого сплава ВК6 (с последующим учетом поправочных коэффициентов) = 292; = 0,15; = 0,2; m = 0,2.

Учитываем поправочные коэффициенты на скорость:

(табл. 1, с. 261); = 1,25 (табл. 2, с. 262);

;

= 1,0, так как заготовка без литейной корки; = 1,0, так как твердый сплав ВК6; = 1,0, так как = 45°.

Поправочный коэф­фициент на скорость , учитывающий вид токарной обработки — , т. е. наружное продольное точение, поперечное точение или растачивание. Нами используется формула для наружного продольного точения, а по усло­вию примера точение поперечное, поэтому нужно ввести поправочный коэффициент . В справочнике в табл. 17 приведены значения этих коэффициентов в зависимости от при поперечном точении. При = 0 . 0,4 = 1,24; при = 0,5 … 0,7 = 1,18; при = 0,8 . 1 = 1,04. Для заданных условий , поэтому = 1,18.

С учетом всех найденных поправочных коэффициентов

м/мин.

м/мин (≈ 2,52 м/с).

5. Частота вращения шпинделя, соответствующая най­денной скорости главного движения резания:

мин -1 .

Корректируем частоту вращения шпинделя по пас­портным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращения = 400 мин -1 .

6. Действительная скорость главного движения реза­ния:

м/мин (≈ 2,51 м/с).

7. Мощность, затрачиваемая на резание:

кВт,

где — в кгс, а -в м/мин,

Н (с. 271).

Для заданных условий обработки = 92; = 1; = 0,75; = 0.

Учитываем поправочные коэффициенты на силу резания:

; 210 HB (по условию); = 0,4; ; = 1,0, так как = 45°; = 1,0 (там же), так как = 12° (принимаем по графе « = 10°»); = 1,0 (там же), так как = 0°;

Н (≈ 87 кгс).

кВт. В единицах СИ (Вт) , где — в Н, а — в м/с;

Вт кВт.

8. Проверяем, достаточна ли мощность привода станка. У станка 16К20 кВт; ; 2,14 m -1 ,

где m — общее число ступеней скорости соответствующего элемента станка-шпинделя токарного или фрезерного станка, стола продольно-строгального станка и т.д;

φ — знаменатель ряда.

Отсюда можно определить любую из четырех величин-n_max, n_min, φ или m, если известны или выбраны значения всех остальных. Чаще всего необходимо для построения ряда по известным n_max, n_min, и m определить φ. В современных станках чаще всего применяются средние значения зпаменателя ряда φ: 1,26;1,41или 1,58. Из ранее приведенной формулы следует:

Значения нормализованных знаменателей рядов φ, возведенные в степени, приведены в приложении 13. Пользуясь таблицей, можно легко определить значение φ на основании заданных в технической характеристике станка n_max, n_min, и m.

Пример 3. Точить цилиндрический валик при заданных условиях, из которых известны размеры дета­ли, припуск на обработку, обрабатываемый материал и его прочность или твердость НВ, шероховатость обрабатываемой поверхности и тип токарного станка, на котором производится обра­ботка.

Исходные данные:

Материал детали: ковкий чугун КЧ35 ГОСТ 1215-79

Диаметр заготовки: мм

Диаметр после обработки: мм

Длина обрабатываемой поверхности: мм

Шероховатость обработанной поверхности: мкм

Твердость материала: 163 НВ.

Способ крепления на станке: в центрах

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8813 — | 7170 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Работа станка с ЧПУ не может быть успешной, если в выборе параметров режимов резания допускаются ошибки. Эти параметры назначаются технологом-программистом на основании справочников либо формируются автоматически ПК, в котором ведется подготовка УП, по ряду исходных данных. В этом случае должно разрабатываться соответствующее программно-математическое обеспечение (ПМО). В современных УЧПУ возможно получение параметров режимов резания по данным материала заготовки, материала режущей части инструмента, по назначенной точности и заданной шероховатости. При этом ПК может определять не только режимы обработки на каждом переходе и проходе, но и количество черновых и чистовых переходов, их последовательность, схему исполнения, время каждого; указывать на достижимость поставленных требований, определять недоработки и т.д.

При ручном программировании для выбора режимов обработки заготовок деталей на станках с ЧПУ сохраняется методика, разработанная для обычных станков, но вместе с тем существуют некоторые особенности.

При токарной обработке выбираются следующие параметры режимов резания: глубина резания, подача, скорость резания.

Глубина резания. Глубина резания выбирается по таблицам справочников в зависимости от диаметра детали и заготовки, материала заготовки и инструмента, сложности и стадий обработки (переходов). В каждом случае выбирают максимально возможную глубину резания, которая ограничена припуском на обработку и возможностями станка. Если для обработки какой-либо поверхности предусмотрены два или три перехода (например, черновой, получистовой и чистовой), то общий припуск делят соответственно на две или три части, каждую из которых стремятся снять за один рабочий ход. От глубины резания зависят ширина среза и длина рабочей части режущей кромки.

Чистовой припуск зависит от ряда факторов, основными из которых являются требуемые точность и шероховатость детали, необходимость в последующей обработке, характер предыдущей обработки и т.д.

Глубину резания при черновом переходе в первом приближении задают в зависимости от жесткости инструмента, прочности и размеров пластины твердого сплава. Максимально допустимую глубину резания при черновых переходах и среднюю рекомендуемую глубину обычно указывают в картах соответствующего инструмента или в нормативах. При оптимизации параметров резания первоначально назначенную глубину резания обычно корректируют в соответствии с назначаемой подачей и скоростью резания.

Подача. Подачу назначают максимально допустимой по условиям технических ограничений. Такими ограничениями для подачи при черновой обработке являются: жесткость обрабатываемой детали, жесткость резца; прочность державки резца; прочность режущих пластин резца; прочность механизма подач станк; наибольший крутящий момент; мощности главного привода и привода подач; предельные минутные подачи на станке.

Подачи при черновом точении обычно приводятся в соответствующих таблицах и корректируются различными коэффициентами в зависимости от условий обработки. На станках с ЧПУ подачу при первом черновом переходе заготовок, имеющих биение по торцу, наружному диаметру или отверстию, на участке входа резца обычно снижают на 20. 30%, чтобы предотвратить сколы режущих кромок.

Подачу Sj при однопроходном чистовом точении назначают с учетом требований к параметру шероховатости и точности соответствующих поверхностей в зависимости от требуемой точности детали и погрешности заготовки:

где С_р — коэффициент, зависящий от рода обрабатываемого материала; А_дет — допустимая погрешность детали, мм; А_заг — погрешность заготовки, мм; J — жесткость технологической системы (кгс/мм), Н/м.

Подачу Sfo (мм/об), обеспечивающую требуемый параметр шероховатости, находят по формуле

где С_н — постоянный коэффициент; R_zmax — наибольшая высота микронеровностей поверхности, мкм; г — радиус вершины резца, мм; к_р — поправочный коэффициент;

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.