РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ

Согласно прогнозу мирового развития экономики в ближайшем будущем приоритетно будут развиваться: космическая техника, авиастроение, автомобилестроение, судостроение, энергомашиностроение, транспортное машиностроение, сельхозмашиностроение, производство бытовой и хозяйственной техника.

Запросы производства в этих отраслях будут удовлетворяться за счет создания станков, обеспечивающих прецизионные и нанометрические технологии обработки, сборки, контроля; разработки оборудования на базе мехатронных модулей, его интеллектуализации и применения CALS технологий; обеспечения высокоскоростных и сверхскоростных режимов резания и соответствующего расчета производительности труда; производства специального режущего инструмента для станков нового поколения, создания гибких автоматических линий для крупносерийного производства, построенного по агрегатно-модульному принципу, отличающегося возможностью переналадки на выпуск запланированных изделий.

Согласно прогнозу к 2010 году ежегодное потребление металлообрабатывающего оборудования предприятиями машиностроительного комплекса России, в том числе ВПК, составит 45 тыс. единиц общей стоимостью до 3 млрд. долларов США, 80 % из которого будут покрываться за счет отечественного оборудования.

Из 45 тыс. единиц отечественного металлообрабатывающего оборудования, станки с ЧПУ составят 18,0...20,0 тысяч штук, в том числе тяжелое и уникальное оборудование должно выпускаться в количестве 1500...2000 единиц, ГПС необходимо поставлять в количестве 25-50 систем в год.

Эффективное использование металлорежущего оборудования возможно лишь при условии применения совершенного режущего инструмента.

Технический прогресс в инструментальной промышленности определяется созданием новых инструментальных материалов, совершенствованием технологии их производства, оптимизацией их эксплуатации.

Вместе с тем, ни наличие высокопроизводительного оборудования, ни совершенный режущий инструмент не обеспечат изготовление изделий с высокой эффективностью, если работа их осуществляется на режимах, не являющихся оптимальными.

Оптимальным (наивыгоднейшим) считается режим, при котором в результате наилучшего сочетания параметров резания, основанных на физико-технологических свойствах инструмента и экономико-производственных факторах обеспечивается обработка деталей заданного качества с наибольшей производительностью и минимальной себестоимостью.

Определение параметров режимов резания (глубины резания, подачи, скорости), соответствующих определенной стойкостью инструмента и учитывающих кинематические и динамические характеристики станка, и является задачей данной работы.

Целью её является приобретение навыков, необходимых для последующей работы над курсовыми и дипломными проектами при расчете режимов резания, связанных с использованием многоинструментальных наладок и автоматических линий.

1 Методы определения оптимального режима резания

Существует несколько методов расчета оптимального режима. К ним относятся: 1) табличный, 2) аналитический, 3) графический. Выбор метода зависит от условий, для которых производится расчет (для одноинструментальной или многоинструментальной обработки, для единичного, мелкосерийного или массового производства), а также цели его (назначение режима резания для существующего процесса, проектирование нового технологического процесса, проверка принятых режимов и т.п.).

Наиболее прост и наименее точен табличный метод, позволяющий назначить режим по соответствующим таблицам. Применение его может быть рекомендовано в мелкосерийном и единичном производстве.

Графическим методом можно воспользоваться непосредственно на рабочем месте. С этой целью применяются предварительно построенные номограммы, применительно к конкретному станку, инструменту и обрабатываемому материалу.

Наиболее точные результаты достигаются при использовании аналитического метода.

Содержанием настоящей расчетно-графической работы является определение оптимального режима для одноинструментальной обработки с помощью аналитического метода.

2 Методические указания к выполнению работы

Исходными данными для выполнения работы являются сведения о заготовке (материал, диаметр, длина), методе её крепления и требуемой шероховатости после обработки, модели станка.

Работа включает:

1) Выбор марки инструментального материала, типа и геометрии резца.

2) Определение глубины резания.

3) Расчет экономической стойкости инструмента.

4) Определение наивыгоднейшей подачи.

5) Определение наивыгоднейшей скоростной ступени (скорости резания, частоты вращения шпинделя).

3 Аналитический метод расчета

3.1 Выбор марки инструментального материала

Выбор марки инструментального материала определяется свойствами материала обрабатываемого изделия, требованиями к шероховатости поверхности, жесткостью системы «станок – приспособление – инструмент – деталь», условиями работы.

Выбор марки материала режущей части резца проводится по таблицам А.1…А.4 приложения. Рекомендованы к применению резцы с пластинками твердого сплава, минералокерамики, композиционных материалов на основе кубического нитрида бора. Наиболее распространенные типы резцов и формы пластинок к ним приведено в таблицах А.5 и А.7, области применения в зависимости от обрабатываемого материала и качества обработки – в таблицах А.1…А.4.

Область применения твердых сплавов рекомендованы стандартом ISO (R513). В зависимости от условий резания (скорости резания, глубины резания, подачи, характера операций, типа формируемой стружки и др.) твердые сплавы классифицируются на группы применения Р, К и М (таблица 1 приложения 1) внутри каждой группы они подразделяются на подгруппы применения от 01 до 40/50). Чем больше индекс подгруппы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава и допустимая скорость резания, но выше прочность, допустимая подача и глубина резания. Таким образом, малые индексы соответствуют чистовым операциям, а большие индексы соответствуют черновым операциям, т.е. когда твердый сплав должен обладать высокой прочностью. В связи с этим каждая марка имеет свою предпочтительную область применения, в которой она обеспечивает максимальные работоспособность сплава и производительность процесса обработки.

Вольфрамо-кобальтовые твердые сплавы группы ВК (группа К по JSO) хорошо работают в условиях, когда при резании формируются дискретные типы стружки (надлома, суставчатая). Это обеспечивает высокую прочность удержания карбидного зерна, хорошую стойкость против абразивного изнашивания, высокую прочность и вязкость. Такие условия создаются при обработке чугуна, вольфрамовых, молибденовых, титановых и никелевых сплавов, некоторых высокопрочных материалов, цветных металлов и сплавов, конструкционных полимерных материалов (пластмасс, угле- и боропластиков, стеклопластиков и др.) и дерева.

Сплавы этой группы не рекомендуются для обработки отожженных углеродистых и легированных сталей, т.к. при обработке этих материалов на повышенных скоростях резания контактные площадки инструмента интенсивно изнашиваются из-за большой склонности зерен WC к схватыванию с обрабатываемыми материалами и диффузионному растворению в них.

Титано-вольфрамо-кобальтовые твердые сплавы группы ТК (группа Р по JSO) предназначены для оснащения инструмента при обработке резанием сталей с образованием стационарных типов стружки (сливной и элементной). Термодинамически более устойчивые карбиды (Ti, W)С менее склонны к диффузионному растворению в железе (при повышенных скоростях резания и температуре), а температура схватывания карбидов с железом значительно выше, чем у карбидов WC. Поэтому, при обработке стальных изделий на средней и высокой скоростях контактные площадки инструмента из сплава группы ТК лучше сопротивляются адгезионно-усталостному и диффузионному видам изнашивания.

Из-за повышенной упругости сплавы ТК не производят с зерном мелкого и особо мелкого размера. По этой же причине не рекомендуется использовать сплавы ТК при обработке высокопрочных материалов. Инструменты из сплавов ТК неэффективны при обработке чугуна и высокоабразивных материалов из-за слабого сцепления зерен (Ti, W)C со связующей кобальтовой фазы.

Титано-тантало-вольфрамовые сплавы (ТТК) группы применения Р, М, К (по ISO) склонны к образованию мелкозернистых структур и обладают меньшей хрупкостью; они обладают более высокой прочностью, лучше удерживают карбиды связкой, меньшим коэффициентом термического расширения, большей теплопроводностью, пониженной склонностью к высокотемпературной ползучести, что существенно повышает предел выносливости при циклическом нагружении; повышенной термостойкостью и стойкостью к окислению и коррозии при повышенной температуре. Поэтому, инструмент, оснащенный пластинами из сплава группы ТТК, особенно эффективен при фрезеровании.

Безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС) на основе карбидов или карбонитридов титана со связкой из сплавов на основе никеля обладают: повышенной устойчивостью против высокотемпературной коррозии и окисления, меньшей растворимостью в железе и повышенной инертностью, что обеспечивает повышенную износостойкость в условиях коррозионного и диффузионного изнашивания. Они имеют меньшую теплопроводность, что снижает возможность использования СОЖ, и больший коэффициент термического расширения, усиливающего термическую усталость в условиях теплосмен, пониженную прочность, пластичность и упругость. Область применения отечественных безвольфрамовых сплавов приведена в таблице А.4 приложения.

БВТС по области применения занимают промежуточное положение между вольфрамосодержащими сплавами и керамикой. Применяются при обработке заготовок из чугуна, углеродистых, нержавеющих и жаропрочных сталей и порошковых материалов.

Твердые сплавы с покрытиями из нитридов, карбидов и карбонитридов титана применяются для точения со средними скоростями и подачей (получистовая и черновая обработка).

Области применения инструмента из твердого сплава с покрытиями приведены в таблице А.1 приложения.

3.2 Выбор конструкции инструмента и геометрических параметров режущей части резца

3.2.1 Выбор режущей сменной многогранной пластины

В настоящее время все более широкое применение получает режущий инструмент с механическим креплением твердосплавной пластины к державке резца.

В этом случае используются сменные многогранные неперетачиваемые пластины, которые имеют требуемые заранее приданную при изготовлении форму, геометрические параметры и состояние режущей кромки.

Чтобы избежать повторной заточки режущей кромки после затупления в процессе резания, пластины выполняют в виде многогранников (треугольников, квадратов, ромбов, пятиугольников и т.д.), каждая сторона которых является режущей кромкой.

Пластину крепят к державке резца с помощью специальных приспособлений, позволяющих поворачивать ее на державке вокруг вертикальной оси, вводя в рабочее положение новую режущую кромку вместо затупленной.

Преимущества инструмента со сменными многогранными пластинами следующие:

отсутствие в твердосплавной пластине термических напряжений (что характерно при пайке), которое существенно уменьшает запас прочности и приводит к появлению трещин, сколов, поломок; в результате эксплуатации стойкость инструмента повышается на 25-30%;
простота замены затупившихся режущих кромок, взаимозаменяемость высокоточных пластин, что сокращает время наладки инструмента на требуемый размер обработки;
исключение повторной заточки инструмента; сохранение постоянными геометрических параметров инструмента;
высокие производительность и точность округления режущих кромок, что повышает эксплуатационную стойкость, т.к. скругленные кромки играют роль упрочняющей фаски;
экономия дефицитного вольфрама; возврат в металлургическую промышленность использованных сменных пластин составляет около 90%, в то время как напайных – около 15%;
уменьшение запаса инструментов в целом, т.к. одна державка резца может быть использована многократно для десятков и даже сотен пластин, экономия значительного количества стали, которая расходуется при изготовлении напайного инструмента;
возможность применения износостойких покрытий для значительного повышения износостойкости инструмента.

Освоен массовый выпуск СНП большого числа форм и размеров, а также различных степеней точности, шлифованных по всей поверхности или только на опоре. Это позволило существенно расширить области применения СНП: сборный многолезвийный инструмент, расточные головки, резцы, фрезы, инструмент для обработки отверстий и т.д.

Благодаря преимуществам инструмента с СНП, его широко используют на станках с ЧПУ, автоматических линиях, многоцелевых станках, т.е. там, где требуется высокая надежность, быстросменность и взаимозаменяемость.

Классификация, система обозначения и форма сменных многогранных пластин приведены в ГОСТ 19042-80, ГОСТ 19043-80, ГОСТ 24257-80. В ГОСТ19042-80 приняты две системы обозначения пластин: цифровая и буквенно-цифровая.

Пластины классифицируют по назначению (режущие, опорные и стружколомы) и следующим признакам: режущие – по форме, наличию заднего угла, классу допуска, наличию отверстия и стружколомающих канавок; опорные – по форме и наличию заднего угла; стружколомы – по форме.

Обозначение пластин должно соответствовать схеме изображенной на рисунке 1

Рисунок 1 – Схема обозначения пластин

Обозначения по пунктам 1-7 являются обязательными. Буквы (цифры), обозначающие форму режущих, опорных и стружколомающих пластин, должны соответствовать указанным в таблице 1.

Таблица 1 – Обозначение формы пластин

Группа	Форма	Обозначение форм пластин
		Режущих		Опорных		Стружколомов
		Букв.	Цифр.	Букв.	Цифр.	Букв.	Цифр.
Равносторон- ние и равно- угольные	Шестигранная	H	11	OH	76	-	-
	Восьмигранная	O	-	-	-	-	-
	Пятигранная	P	10	OP	75	-	-
	Круглая	R	12	OR	77	-	-
	Квадратная	S	03	OS	72	CS	91
	Трехгранная	T	01	OT	70	CT	90
Равносторон- ние и неравно- угольные	Ромбическая с углом при вершине 80	C	05	OC	73
	55	D	13	OD	78	-	-
	75	E	-	-	-	-	-
	86	M	-	-	-	-	-
	35	V				-	-
	Шестигранная с углом при вершине 80	W	02	OW	71	-	-
Неравносто-ронние и рав-ноугольные	Прямоугольная	L	09	-	-	-	-
Неравносто-ронние и неравно- угольные	Параллелог-раммная с углом при вершине 85 82 55 84	A B K F	- - 08 07	- - OK -	- - 74 -	- - - -	- - - -

Буквы (цифры), обозначающие задний угол должны быть следующими:

Обозначение
цифровые	………………………....	7	8	2	6	4	5	9	1	3	0
буквенные	…………………………	A	B	C	D	E	F	G	N	P	O*
задний угол, ^о	…………………………	3	5	7	15	20	25	20	0	11	-

Режущие сменные многогранные пластины, изготовленные по видам приведенным в приложении таблица А.5

3.2.2 Выбор конструкций резца с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП)

В настоящее время существуют большое число различных конструктивных вариантов узлов крепления СМП в резцах. С целью их систематизации в ГОСТ 26476-85 определены обозначения четырех основных схем крепления СМП, а также типов державок резцов прикрепляемых форм пластин (таблица А.6 приложения).

Крепления имеют следующие обозначения:

С – пластин сверху прихватом без отверсти в исполнении: с прихватом и винтом с разнонаправленной резьбой, с прихватом и винтом;

М – пластин сверху прихватом и через отверстия в исполнении: клин- прихватом, упругим клин – прихватом, прихватом через отверстие;

P – пластин через отверстие в исполнении: L–образным рычагом, косой тягой, штифтом, штифтом на подвижной подкладке;

S – пластин – винтом через фасонное отверстие.

Резцы с креплением пластин по способу «М» предназначены для оснащения станков с ручным управлением. Обеспечивают выполнение черновых и получистовых операций, и комплектуется пластинками из твердого сплава.

Резцы с креплением пластин по способу «Р» предназначены для оснащения станков с ЧПУ на получистовых и чистовых операциях, где требуется высокая точность позиционирования вершины, и комплектуется пластинками из твердого сплава.

Резцы с креплением пластин по способу «S» предназначены для оснащения станков с ЧПУ на чистовых операциях, и комплектуются пластинками из твердого сплава.

Условные обозначения, основные размеры и применяемые на них пластины приведены в таблицах А.5, А.6, А.7 приложения.

При этом, чем меньше жесткость системы СПИД, тем больше величина главного угла φ.

3.3 Определение глубины резания

Глубина резания определяется в зависимости от величины припуска и требований к качеству обработанной поверхности.

При черновой обработки (до R_Z = 320…40 мкм) припуск выгодно срезать за 1 проход, и в этом случае глубина резания равно припуску.

При получистовой обработке (R_Z = 40…10 мкм) и припуске h >2 мм на сторону обработка производится в 2 прохода: из них первый с глубиной t = (2/3…3/4)h, а второй – остальное. При припуске 0,5…2 мм припуск снимается за 1 проход и глубина резания равна припуску.

При обработке с шероховатостью R_a = 2.5-0.32 последний проход снимается с глубиной t = 0,1-0,4 мм. При тонком точении инструментами из металлокерамики и СТМ обработка производится за 1 проход.

3.4 Расчет экономической стойкости инструмента

Исходя из минимума себестоимости обработки изделия, величину экономической стойкости инструмента () определяем по формуле (1):

, мин/период (1)

где m – показатель относительной стойкости (приложение, табл. А.9), зависящий от материала инструмента и изделия;

Т_см – время смены и подналадки инструмента, которое зависит от количества резцов в наладке, требований к точности обработки, способа крепления инструмента, типа крепления твердосплавных, металлокерамических и синтетических сверхтвердых пластинок в резцах. Укрупнено Т_см = 2….10 мин.

С_инстр – расходы на инструмент, включающие затраты на амортизацию, ремонт, заточку и приходящиеся на период стойкости, определяются по формуле:

, руб./период (2)

где С_р – оптовая цена резца в рублях. Принимается в зависимости от материала, конструкций, размеров.

Стоимость резцов:

а) с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами:

стоимость державки 600 рублей;

комплекта пластин из 15 штук - 2550 рублей;

б) с вставками из сверхтвердых материалов:

10 вставок по 16 карат (1 карат = 0,2 гр) – 14250 рублей;

10 вставок по 7 карат – 7400 рублей;

стоимость державки 400…600 рублей;

в) минералокерамических:

стоимость неперетачиваемой пластинки 50…80 руб.;

стоимость державки 400…500 руб.;

С_изн – выручка от реализации изношенных пластин С_изн = 3руб;

С_пер – стоимость перестановки пластин (если используются резцы с неперетачиваемыми пластинами), С_пер =2 руб;

К_уб – коэффициент случайной убыли инструмента, К_уб = 1,1…1,2;

n_пер – количество перестановок пластины, равное количеству режущих вершин.

С_ст – полная себестоимость одной минуты работы станка, которая включает заработную плату станочника с начислениями в фонд страхования, приходящаяся на 1 минуту работы, цеховые и общезаводские расходы, амортизационные отчисления, затраты на энергию и вспомогательные материалы, приспособления и инструменты, использование помещений. Каждый элемент этой величины, таким образом, связан с режимом работы оборудования, и поэтому приводятся к одной минуте его работы.

В среднем С_ст = 2…3 руб/мин

Рассчитанный согласно изложенной выше методике период стойкости следует сопоставить со следующими примерными значениями стойкости, соответствующими наименьшей себестоимости обработки

Таблица 2 – Примерные значения стойкости

Инструмент

Период стойкости при обработке, мин.

стали

чугуна

Резцы с многогранными неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава

Резцы с многогранными неперетачиваемыми пластинами из минералокерамики

Резцы из СТМ при обработке закаленных и труднообрабатываемых сталей

60…75

30…45

80…100

60…80

30…45

Приведенные данные относятся к работе универсальных станков. При работе на автоматических линиях период стойкости принимается от одной до двух смен.

3.5 Определение наибольшей технологически допустимой подачи

Наибольшей технологически допустимой подачей называется максимальное значение подачи, допустимое возможностями станка и инструмента, а также требованиями к качеству обработанной поверхности и поверхностного слоя.

Для определения наибольшей технологически допустимой подачи необходимо определить подачи, превышение которых ограничивается:

прочностью механизма подачи станка S_м.п.;
прочностью резца S_п.р.;
жесткостью резца S_ж.р.;
прочностью пластины инструментального материала S_ппим;
прочностью изделия S_п.и.;
жесткостью изделия S_ж.и.;
шероховатостью поверхности S_ш.п.

Наименьшая из рассчитанных значений и будет являться наибольшей технологически допустимой подачей, т.к. она не ограничивается ни одним из рассмотренных факторов. Работать с меньшей, чем технологически допустимая подача, невыгодно.

3.5.1 Подача, допустимая прочностью механизма подачи станка (S_м.п)

В механизме подачи токарного станка слабым звеном является шестерня, сцепляющаяся с рейкой на станине станка (рисунок 2)

Рисунок 2 – Механизм подачи токарного станка

Расчетное условие записываем в виде Q_под £ Р_зубч_. ,

где Р_зубч. – усилие, допускаемое шестерней, сцепляющейся с зубчатой рейкой;

Q_под – наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи, принимаемое по паспорту станка. Например, для станка 1К62 Q_под = 3600 Н, для станка 1А616П – Q_под = 3000 Н.

Для плоских направляющих

Q_под = Р_x + μ (P_y + P_z), (3)

где μ – коэффициент трения, μ = 0,1.

Принимая Р_x = 0,2 P_z и P_y = 0,3 P_z имеем

Q_под = 0,2Р_z +0,1(P_z + 0,3P_z) = 0,33 P_z , (4)

где P_z – тангенциальная составляющая силы резания, определяемая по формуле

, (5)

Подставляя формулу (5) в (4), имеем

, (6)

, (7)

отсюда

(8)

Коэффициент C_Р_z и показатели степеней X_Р_z , Y_Р_z находятся из приложения (таблица А.8). Коэффициент K_Р_z , учитывающий изменение условий резания, определяется как произведение ряда коэффициентов:

(9)

где k_m – поправочный коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала (приложение, таблица А.8)

k_γ– поправочный коэффициент, учитывающий влияние переднего угла (приложение, таблица А.8)

k_φ – поправочный коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане (приложение, таблица А.8)

k_v – поправочный коэффициент, учитывающий влияние скорости резания (приложение, таблица А.8)

k_h – поправочный коэффициент, учитывающий влияние износа резца (приложение, таблица А.8)

k_r – поправочный коэффициент, учитывающий влияние радиуса округления при вершине r (приложение, таблица А.8).

3.5.2 Подача, допустимая прочностью резца (Sп.р.)

Прочность резца ограничивает выбор подачи в случаях:

а) когда по условиям, связанным с высотой центров станка, приходится применять резцы меньшего, чем это требуется поперечного сечения;

б) когда по условиям, зависящим от конфигурации и размеров детали, резец получает больший вылет;

в) при работе резцов с пластинами из твердых и минералокерамических сплавов.

Рисунок 3 – Схема крепления инструмента

Резец рассматривается как балка, закрепленная одним концом. На второй конец действует сила P_z , изгибающая резец (рисунок 3).

Расчетное условие:

,

где – изгибающий момент от силы в рассматриваемом сечении (I-I или II-II);

- допустимый изгибающий момент -,

= , (9)

где - допустимое напряжение при изгибе, Н/мм²;

- момент сопротивления сечения державки

[мм³]; (10)

, (11)

где = 200...250 Н/мм² для державок из конструктивных сталей.

Для цельных резцов опасным является сечение I-I, для твердосплавных и металлокерамических резцов еще и сечение II-II, ослабленное врезкой пластины, а также сечение III - III, отстоящее от направления силы на расстояние, зависящее от величины заднего угла. Неперетачиваемые пластины должны проверяться на прочность также в сечении, проходящем через отверстие под штифт.

Подставляя значение

,

имеем

, (12)

отсюда

, мм/об (13)

3.5.3 Подача, допустимая жесткостью резца (S_ж.р.₎

Подача, допустимая жесткостью резца, рассчитывается из условия, что максимальная стрела прогиба резца под действием силы не должна превышать при черновом точении , при чистовом точении - .

Расчетное условие: , (14)

подставляя , имеем

, (15)

где - момент инерции, ;

- модуль упругости,

Тогда

3.5.4 Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала (S_ппим)

Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:

, мм/об; (46)

где c – высота пластины (таблица А.5 приложения), мм;

φ – главный угол в плане.

3.5.5 Подача, допустимая прочностью изделия (S_п.и.)

Расчет проводится в случае особо тонких деталей . Пренебрегая для упрощения кручением, сжатием и изгибом от сил и , в расчетном уравнении учитываем только изгиб от действия силы (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема нагружения детали при закреплении в патроне

где – изгибающий момент в опасном сечении от действия силы .

, (16)

где (значения коэффициентов приведены в таблицах А.8, А.9 приложения);

- коэффициент, учитывающий способ крепления изделия:

при креплении в патроне (рисунок 4) ;

при креплении в патроне и задней бабке (рисунок 5,а) ;

при креплении в центрах (рисунок 5,б) ;

- допускаемый изгибающий момент.

, (17)

где - момент сопротивления изгиба,

; (18)

- допускаемое напряжение при изгибе; МПа.

Подставляя, имеем

(19)

Отсюда (20)

а)

б)

Рисунок 5 – Схема нагружения деталей при закреплении:

а) – в патроне и центре, б) – в центрах

3.5.6 Подача, допустимая жесткостью изделия (S_ж.и.)

Подача, допустимая жесткостью, ограничена требованиями к точности обработки. Определение ее производится при обработке изделий, когда отношение длины заготовки к диаметру . В связи с тем, что деформации кручения, сжатия и изгиба от сил и незначительно влияют на точность обработки, ими можно пренебречь (рис. 5).

Рисунок 6 – Схема распределения составляющих силы резания

Наибольший прогиб произойдет от действия силы _.

Сила (рисунок 6).

При ;

Величина прогиба детали

(мм), (21)

где - коэффициент, зависящий от способа закрепления детали (при креплении в патроне – = 2,4; при креплении в патроне и в задней бабке –= 140; при креплении в центрах =100);

- модуль упругости (для стали МПа, для бронзы - МПа, для чугуна - МПа, для модифицированного чугуна - МПа);

- полярный момент инерции поперечного сечения,

(22)

Подставляя значения

,

имеем

, (23)

откуда

; (24)

Значения допустимого принимаются:

для черновой операции - мм.;

для чистовой операции - ,

где - допуск на изготовление изделия (таблица А.11 приложения).

3.5.7 Подача, допускаемая шероховатостью обработанной поверхности

В результате обработки резанием поверхность изделия имеет неровности различной формы и высоты. Совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности в рассматриваемых пределах базовой длины, представляет собой шероховатость поверхности, которая характеризуется высотой неровностей .

Определение подачи производится по формуле:

для резца с радиусом при вершине

(25)

где r – радиус при вершине резца в мм;

- высота неровностей в мм.

Найденные значения подачи заносятся в таблицу. Величина их не зависит от частоты вращения шпинделя. Из подач выбирается наименьшая и согласовывается с паспортом станка. Эта подача является наибольшей технологически допустимой подачей. С учетом выбирается окончательно возможная подача для данной скоростной ступени.

3.6 Определение наивыгоднейшей скоростной ступени

Скорость резания определяется исходя из:

режущих свойств инструмента и заданной экономической стойкости;
мощности на шпинделе станка;
крутящего момента на шпинделе станка.

3.6.1 Скорость, допускаемая режущими свойствами инструмента

Скорость, допускаемая режущими свойствами инструмента, определяется по формуле

м/мин (27)

где - заданное значение стойкости в минутах (согласно расчету);

– определяются из приложения, таблица А.9.

Поправочный коэффициент находится как произведение ряда поправочных коэффициентов:

(28)

где - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала;

- поправочные коэффициенты на скорость резания соответственно учитывающие состояние поверхности, состояние стали и вид обработки;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от главного угла в плане;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от вспомогательного угла в плане;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от радиуса при вершине в плане;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от сечения державки резца;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от формы передней поверхности;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от марки твердого сплава.

Значения скорости, допускаемой режущими свойствами инструмента, не должно быть меньше, чем фактическая скорость резания при заданной частоте вращения шпинделя.

, м/мин (29)

где - диаметр изделия, мм;

- частота вращения шпинделя, мин ^-1.

Подставляя, имеем:

, (30)

откуда подача, ограниченная стойкостью резца:

мм/об (31)

Поскольку величина подачи различна на разных скоростных ступенях станка, она рассчитывается для каждой из скоростных ступеней, имеющихся в паспорте станка (приложение, таблица А.12).

3.6.2 Подача, определяемая по мощности и крутящему моменту на шпинделе станка

Расчетное условие:

,

где - крутящий момент от действия силы в ;

- крутящий момент, допускаемый мощностью двигателя привода главного движения.

Н·мм; (32)

, Н·мм, (33)

где - мощность двигателя станка в ;

- к. п. д. станка.

Для токарных станков .

Подставляя в расчетное условие, имеем:

(34)

или ; (35)

отсюда (36)

При наличии данных о М_кр, имеющихся в паспорте станка,

(37)

Поскольку подача различна для каждой ступени, ее необходимо определять для каждого числа оборотов по формуле (36).

Для определения окончательно возможной подачи все рассчитанные подачи заносятся в таблицу 3 (с.35). Для каждой скоростной ступени выбираем наименьшую максимально допустимую подачу, сравнивая её с паспортом станка, берем ближайшее меньшее значение подачи из паспорта и записываем в графу «Фактическая подача». Найдя возможные для каждой ступени подачи, составляем произведения S_фактна частоты вращения шпинделя (получаем значение минутной подачи). Та ступень, где произведение будет больше, и является наивыгоднейшей, т.к. для нее машинное время обработки является наименьшим.

3.7 Пример расчета оптимального режима резания

Исходные данные:

деталь – вал;

операция – наружное обтачивание;

обрабатываемый материал – сталь хромистая 20Х; s_в= 780 МПа ;

шероховатость обработанной поверхности R_Z = 80 мкм;

вид заготовки – прокат;

размер детали – d=80 мм, L_дет= 500 мм;

припуск на обработку – 5 мм на сторону;

обработка проводится в центрах;

станок – токарно-винторезный 1К62.

Паспортные данные станка 1К62

Высота центров – 200 мм

Расстояние между центрами – 1400 мм

Высота от опорной поверхности резца до линии центров – 25 мм

Мощность двигателя – N_эл.дв=10 кВт

КПД – η = 0,78

Мощность на шпинделе по приводу с учетом КПД N_ст =6,2…8,0 кВт

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи Q_под=3600 Н

Частота вращения шпинделя, мин^-1: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 (см. таблицу А.12 приложения)

Продольные подачи, мм/об : 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; 0,3; 0,34; 0,39; 0,43; 0,47; 0,52; 0,61; 0,7; 0,78; 0,87; 0,95; 1,04; 1,14; 1,2; 1,4; 1,56; 1,74; 1,9; 2,08; 2,28; 3,12; 3,48; 3,8; 4,16 (см. таблицу А.12 приложения).

Аналитический метод расчета

3.7.1 Выбор размеров резца и марки применяемого материала

Принимаем резец правый, прямой, проходной с сечением В´Н = 20´25 мм², оснащенный квадратной неперетачиваемой пластиной из твердого сплава Т5К10 (таблица А.5 приложения) – SNUM – 03114 ( s = 4,76 мм, l = 12,7 мм, r = 0,8 мм.).

3.7.2 Выбор геометрических параметров режущей части резцов

По таблице А5.а приложения устанавливаем геометрические параметры режущей части (пластины). Для обработки применяем следующие геометрические параметры:

φ = 45⁰, γ = 10⁰, γ_уст = 12⁰, α = 10⁰, α₁ = 7,5⁰, r = 0,8 мм, f = 0,6 мм

3.7.3 Определение глубины резания

При величине припуска на обработку h = 5 мм с учетом оставшегося припуска на чистовую обработку устанавливаем глубину резания (см. пункт 3.3)

= 3,75 мм

3.7.4 Определение периода экономической стойкости инструмента

Исходя из минимума себестоимости обработки изделия величину экономической стойкости определяем по формуле:

, мин/период,

где m=0,2 – показатель относительной стойкости зависящий от материала инструмента и изделия (таблица А.9 приложения);

Т_см = 3 мин.

,

где руб,

С_ДЕРЖ – стоимость державки;

С_{КОМПЛ.ПЛ.} – стоимость комплекта пластин;

N – количество пластин в комплекте (раздел 3.4);

С_ИЗН – стоимость от реализации изношенных пластин, С_ИЗН = 3 руб;

С_ПЕР – стоимость перестановки пластин, С_ПЕР = 2 руб;

С_СТ. - полная себестоимость одной минуты работы станка, С_СТ. =3р/мин;

К_уб – коэффициент случайной убыли инструмента, К_уб=1,1

n – количество режущих вершин у пластины.

руб/период

мин.

Принимаем Т_ЭК=90 мин.

3.7.5 Выбор подачи

3.7.5.1 Подача, допустимая прочностью механизма подач станка

Q_под=3600 Н (по паспорту станка).

По таблице А.8 находим значения С_Pzи показателей x_Pz и y_Pz в выражении тангенциальной составляющей силы резания:

,

где С_Pz = 214; X_Pz =1,0; Y_Pz =0,75.

Находим поправочный коэффициент на измененные условия работы (таблица А.8):

,

где – поправочный коэффициент на в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала.

где s_В – предел прочности обрабатываемого материала;

– поправочный коэффициент на в зависимости от главного угла в плане. При φ = 45° =1;

– поправочный коэффициент на в зависимости от переднего угла. При γ = 10° =1;

– поправочный коэффициент на в зависимости от скорости резания. Скорость резания еще не известна. Учитывая достаточно большой припуск, предполагаем, что скорость резания будет в пределах 50…100 м/мин. Тогда =0,9;

– поправочный коэффициент на в зависимости от износа резца. Принимаем допустимый износ резца по задней поверхности. h_з=1,8 мм, тогда =1,05;

- поправочный коэффициент на в зависимости от радиуса при вершине резца. При r =0,8мм =0,9

= 1,03·1·1·0,9·1,05·0,9 = 0,87

мм/об;

3.7.5.2 Подача, допустимая прочностью державки резца

, мм/об

В=20 мм; Н=25 мм; l_выл= 1,5Н = 37,5 мм; [s_изг]=200 Н/мм²; t=3,75мм.

мм/об

3.7.5.3 Подача, допустимая жесткостью державки резца

, мм/об

При черновой обработке ƒ=0,1 мм; Е=2·10⁵ кН/мм²;

мм/об

3.7.5.4 Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала (S_ппим)

Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:

, мм/об,

где С = 4,76 мм, φ = 45°;

мм/об

3.7.5.5 Подача, допустимая жесткостью изделия

, мм/об;

L_дет =500 мм; d=90 мм; E=2·10⁵ кН/мм²; К_кр =100; ƒ_max =0,3 мм.

=29,7 мм/об.

3.7.5.6 Подача, допустимая шероховатостью поверхности

На предварительном черновом проходе задаем шероховатость R_z = 80 мкм.

, мм/об

= 0,72 мм/об

3.7.5.7 Подача, допустимая стойкостью резца

мм/об

Значения коэффициента C_V и показателей X_V ,Y_V , m выбираем из таблицы А.9 приложения:

C_V=227; X_V =0,15; Y_V =0,35; m=0,2

Значение стойкости инструмента берем согласно расчета, T_эк= 90 мин.

По таблицам находим поправочные коэффициенты на измененные условия обработки:

где - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, ;

- поправочные коэффициенты на скорость резания соответственно учитывающие состояние поверхности, состояние стали и вид обработки, , , ;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от главного угла в плане, ;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от вспомогательного угла в плане, ;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от радиуса при вершине в плане, ;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от сечения державки резца, ;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от формы передней поверхности, ;

- поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от марки твердого сплава, .

Тогда

K_v=0,96·1·1·1·1·1·0,9·1·1·1=0,86

, мм/об

Подача, допустимая стойкостью резца, подсчитывается для каждой ступени частот вращения шпинделя отдельно:

мм/об

3.7.5.8 Подача, допустимая крутящим моментом станка

, мм/об

Поскольку для каждой из ступени частот вращения шпинделя станка 1К62 момент имеет разные значения, подачу рассчитываем для каждой ступени:

мм/об

мм/об;

мм/об

Результаты расчёта подач заносим в таблицу 3. В качестве технологической подачи, т.е. максимально допустимой подачи из условий обработки на каждой скоростной ступени принимаем наименьшую из расчётных и корректируем её по паспортным данным станка.

Анализ таблицы 3 показывает, что наивыгоднейшей ступенью для заданных условий обработки является (n = 250 об/мин), на этой ступени получается наибольшая производительность (наименьшее машинное время).

По частоте вращения шпинделя рассчитываем скорость резания

, м/мин (53)

м/мин

Наивыгоднейший режим резания:

глубина t = 3,75мм;

подача S = 0,7 мм/об;

T = 90 мин;

скорость резания V = 70,65 м/мин.

Таблица 3 – Сводные данные для определения наивыгоднейшей ступени

№ ступени	Частота вращения шпинделя	Подача, допустимая								Технологичес-кая расчётная подача, S₀	Фактическая подача, Sфакт.	n· Sфакт.	Примечание
№ ступени	Частота вращения шпинделя									Технологичес-кая расчётная подача, S₀	Фактическая подача, Sфакт.	n· Sфакт.	Примечание
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	12,5	1,79	1,85	6,83	1,42	29,7	0,72	4118	51,4	0,72	0,7	8,75
2	16							2034	37,0	0,72	0,7	11,2
3	20							1075	27,5	0,72	0,7	14,0
4	25							568	20,5	0,72	0,7	17,5
5	31,5							294	15,0	0,72	0,7	22,05
6	40							148	10,9	0,72	0,7	28,0
7	50							78,4	8,14	0,72	0,7	35,0
8	63							40,5	5,98	0,72	0,7	44,1
9	80							20,5	4,35	0,72	0,7	56,0
10	100							10,8	3,24	0,72	0,7	70,0
11	125							5,72	2,40	0,72	0,7	87,5
12	160							2,83	1,73	0,72	0,7	112,0
13	200							1,49	1,29	0,72	0,7	140,0
14	250							0,79	0,96	0,72	0,7	175,0	Наивыгоднейшая ступень
15	315							0,41	0,70	0,41	0,39	122,85
16	400							0,21	0,51	0,21	0,21	84,0
17	500							0,11	0,38	0,11	0,11	55,0
18	630							0,056	0,28	0,056	-	-
19	800							0,028	0,20	0,028	-	-
20	1000							0,015	0,15	0,015	-	-
21	1250							0,008	0,11	0,008	-	-
22	1600							0,004	0,081	0,004	-	-
23	2000							0,002	0,060	0,002	-	-

Приложение А

(справочное)

Таблица А.1 – Классификация твердых сплавов по группам применения

Подгруппа примене-ния	Обрабатываемый материал, тип стружки	Вид обработки	Условия применения
1	2	3	4
Группа резания Р
Р01	Сталь, сливная стружка	Чистовое точение, растачивание, развертывание	S=0,1-0,3 мм/об t=0,5 - 0,2мм
Р10	Сталь, сливная стружка	Точение, нарезание резьбы, чистовое фрезерование, рассверливание, растачивание	S=0,2-0,5 мм/об t=2-4мм
Р20	Сталь, ковкий чугун, цвет.мет, сливная стружка	Точение, фрезерование, чистовое строгание	S=0,4-1 мм/об t=4-10мм
Р25	нелегированная,низко и среднелигированная сталь	Точение, фрезерование	S=0,4-1 мм/об t=4 -10мм
Р30	Сталь, ковкий чугун, сливная стружка	Черновое точение, фрезерование, строгание	S=1мм/об t=6-20мм
Р40	Сталь с включением песка и раковинами, стружка надлома и сливная	Черновое точение, строгание в особе неблагоприятных условиях
Р50	Сталь низкой или средней прочности с включением песка и раковинами, стружка надлома и сливная	Точение, строгание в особо тяжелых условиях
Группа резания М
М10	Жаропрочные и труднообрабатываемые стали и сплавы, серый, ковкий и легированный чугун	Точение и фрезерование	S=0,2-0,5 мм/об t=2 - 4мм
М20	Жаропрочная сталь, труднообрабатываемые сплавы, серый и ковкий чугун	Точение и фрезерование	S=0,4-1 мм/об t=4 - 10мм
М30	Жаропрочные и труднообрабатываемые стали и сплавы, серый, ковкий и легированный чугун, стружка надлома и сливная	Точение, фрезерование, чистовое строгание, в том числе в неблагоприятных условиях	S=1мм/об t=6 - 20мм

Продолжение таблицы А.1

1	2	3	4
М40	Низкоуглеродистая сталь, пониженной прочности и другие металлы и сплавы, стружка надлома и сливная	Точение, отрезка преимущественно на станках-автоматах
Группа резания К
К01	Серый чугун высокой прочности, алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния, закаленная сталь, керамика, стекло, стружка надлома и элементная	Чистовое точение, растачивание, фрезерование,	S=0,2-0,5мм/об t=0,5 - 2мм
К05	Легированный чугун, закаленная, высокопрочная и жаростойкая сталь и сплавы, стружка надлома и элементная	Чистовое и получистовое точение, растачивание, развертывание, нарезание резьб	S=0,2-0,5 мм/об t=2 - 4мм
К10	Серый и ковкий чугун повышенной твердости, закаленная сталь, алюминиевые и медные сплавы, стекло, керамика	Точение, растачивание, фрезерование, сверление	S=0,4-1 мм/об t=4 -10мм
К20	Серый чугун сталь низкой прочности, цветной металл, пластмассы, стружка надлома и элементная	Точение, растачивание, фрезерование, сверление, строгание	S=0,4-1 мм/об t=4 - 10мм
К30	Серый чугун низкой твердости и прочности, цветной металл, стружка надлома и элементная	Точение, фрезерование, строгание, сверление, неблагоприятные условия обработки	t=6 - 20мм
К40	Цветной металл, древесина, пластмассы, стружка надлома и элементная	Точение, фрезерование, строгание	t=6 - 20мм

Таблица А.2 - Области применения отечественных твердых сплавов

Марка сплавов ГОСТ 3882-14 (ТУ 48-19-307-87)	Область применения
Марка сплавов ГОСТ 3882-14 (ТУ 48-19-307-87)	Основная группа	Подгруппа
Т 30 К4	Р	Р01
Т15К6, МС111		Р10
Т14К8, МС121		Р20
ТТ20К9, ТТ21К9, МС137		Р25
Т5К10,ТТ10К8-Б, МС131		Р30
Т5К12, ТТ7К12, МС146		Р40
ТТ7К12		Р50
ВК 6-ОМ, МС313	М	М05
ВК6-М, ТТ8К6, МС211		М10
ТТ10К8-Б, МС221, МС321		М20
ВК10-М, ВК10-ОМ, ВК8		М25
ВК10-ОМ, ТТ7К12, ВК15-ОМ		М30
ВК15-ОМ, МС 241, МС146		М40
ВК3, ВК3-М, МС301	К	К01
ВК6-ОМ, ВК6-М, МС306		К05
ТТ8К6, ВК6-М		К10
МС312, МС313
ВК4, ВК6, Т8К7, МС318, МС321		К20
ВК4, ВК8		К30
ВК8, ВК15, МС347		К40
Примечание: износостойкость сплавов в каждой группе возрастает снизу вверх, а прочность – наоборот

Таблица А.3 - Области применения твердых сплавов иностранных фирм

Марка сплава СП и МКТС-Hertel	Аналог фирмы «Hertel»	Аналог фирмы «Sondvik Coroment»	Аналог МКТС	Область применения по ISO
Марка сплава СП и МКТС-Hertel	Аналог фирмы «Hertel»	Аналог фирмы «Sondvik Coroment»	Аналог МКТС	Основная	Дополнительная
Для точения
МР1	Р10	SJP,S10T	МС111	Р10	Р01
МР2	Р20	S2	МС121	Р20	Р10
МР3	Р25	S4	МС131	Р30	Р20
МР4	PVA	S6	МС146	Р40	М40
МА1٭	-	GC415,GC3015	МС2215٭	Р25	К10,К20
МА2٭	-	GC425	МС1465	Р30	М20,М30
МТ1٭	СМ2	GC425,GC225	МС2215٭	Р25	М10,К10
МТ2٭	СМ3,СМ4	GC435	МС1465٭	Р30	М25
ММ2	-	SH	МС221	М20	М30
МКО	КМ1	N10	МС306	К05	К10
МК1	К10	HJP	МС312	К10	К01,К20
МК2	К20	H20	МС321	К20	М25
МК3٭	-	GC3015	МС3215٭	К15	К10,К20

٭- сплавы с износостойкими покрытиями

Таблица А.4 – Области применения твердых сплавов с покрытиями

Обрабатываемый материал	Операция	Материал основы	Рекомендуемые покрытия	V-Vn٭, м/мин	Кст٭٭
Конструкционная сталь Ст45, 40Х, 38ХС, 35ХГСА, ШХ-15 и др.	Точение	Т5К10 ТТ10К8Б МС221	TiC-TiCN-TiN TiN-TiC-(Ti,C2)N TiC-Al₂O₃–TiN	150-200 200-280	3-5
Конструкционная сталь Ст45, 40Х, 38ХС, 35ХГСА, ШХ-15 и др.	Фрезерование	ТТ7К12 МЦ146	TiC-TiCN-TiN (Ti,C2)N (Ti,Mo)N	100-150 140-200	2.5-3
Чугун	Точение, фрезерование	ВК6 ВК10-ХОМ МС321	TiC-TiCN-TiN TiC-Al₂O₃–TiN (Ti,C2)N	120-180 160-250	3-5
Конструкционные, жаропрочные стали аустентного класса Х18Н10, Х15Н5 и др.	Точение, фрезерование	ВК6-М, ВК6 ВК10-ХОМ	TiC-TiCN-TiN (Ti,C2)N (Ti,Mo)N (Hf,Z2,Cr)N)	120-150 150-180	2-2.8
Жаропрочные сплавы ХН60В, ХН77Т10, ХН35ВТ10 и др.	Точение	ВК6 ВК8 ВК10-ХОМ	TiC-TiCN-TiN (Ti,C2)N (Hf,Z2,Cr)N)	20-45 25-60	1.8-2.5
Сплавы на титановой основе ВТ1, ВТ3-1, ВТ-14, ВТ20, ВТ22 и др.	Точение, фрезерование	ВК6 ВК8 ВК10-ХОМ	(Nb,Zr)N (Nb,Zr)CN (Mo,Cr)N	40-60 50-100	1.8-2.5

٭V – скорость резания инструмента без покрытия, Vn – с покрытием

٭٭Кст – коэффициент стойкости, т.е. отношение средних значений стойкости инструмента с покрытием и без покрытия

Таблица А.5 – Пластины режущие сменные многогранные

Продолжение таблицы А.5

Таблицы А.5а – Геометрические параметры режущей части неперетачиваемых пластинок

Резцы с многогран-ными пластинками	φ	φ₁	γ	γ₁	α	α₁
Трехгранные	90	10	12^*	12	7,5	7,5
Четырехгранные	45	45	10^**	12	10	4
Пятигранные	60	12	12	10	8	8
Шестигранные	45	15	10	10	10	-
* Для резцов, оснащенных пластинами из твердого сплава, с диаметром описанной окружности 14 мм. передний угол γ=17.˚ ** Для резцов, оснащенных пластинами из твердого сплава, с диаметром описанной окружности 14 мм. передний угол γ=15.˚

Таблицы А.6 – Условные обозначения токарных резцов

Таблицы А.7 – Основные размеры токарных резцов

Продолжение таблицы А.7

Таблица А. 8 – Расчетные коэффициенты для определения силы резания

а) средние значения коэффициентов показателей степеней в формулах для сил
																						Обрабатывае-мый материал	s_В, МПа	HB	Вид обработки	Быстрорежущие стали	Твердые сплавы
Pz			Py			Px			Pz			Py			Px
Cpz	Xpz	Ypz	Cpy	Xpy	Ypy	Cpx	Xpx	Ypx	Cpz	Xpz	Ypz	Cpy	Xpy	Ypy	Cpx	Xpx	Ypx
Сталь конструкцион-ная, углеродистая и легированная, незакаленная, горячекатаная	750	215	Наружное точение и растачива-ние	225	1	0,75	195	0,9	0,75	111	1	0,65	214	1	0,75	123	0,9	0,75	80	1	0,65
			Фасонное точение	222	1	0,75	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
			Прорезка и отрезка	264	1	1	-	-	-	-	-	-	264	1	1,9	-	-	-	-	-	-
Чугун ковкий	-	150	Наружное точение и растачива-ние	103	1	0,75	99	0,99	0,75	45	1	0,65	84	1	0,75	34	0,9	0,75	15	1	0,65
Чугун ковкий	-	150	Прорезка и отрезка	138	1	1	-	-	-	-	-	-	138	1	1	-	-	-	-	-	-
Чугун серый	-	190	Наружное точение и растачива-ние	98	1	0,75	77	0,99	0,75	38	1	0,65	95	1	0,75	46	0,9	0,75	19	1	0,65
Чугун серый	-	190	Прорезка и отрезка	135	1	1	-	-	-	-	-	-	134	1	1	-	-	-	-	-	-

Продолжение таблицы А.8

б) Поправочные коэффициенты для силы резания
1	Обрабатывае-мый материал,	Сталь
		Чугун серый
		Чугун ковкий
2	Главный угол в плане φ,	φ^º	30		45		60	70	90
		Для стали и чугуна	1,06		1		0,94	0,95	0,9
3	Передний угол γ,	γº	+20		+10…+15		0	-10	-20
		Для стали и чугуна	0,9		1		1,1	1,2	1,3
4	Скорость резания,	V, м/мин	50…100		150…200			300…400		500
		Сталь	1…0,89		0,83…0,76			0,73…0,7		0,67
		Чугун	1…0,98		0,9…0,83			0,8		-
5	Износ по задней поверхности,	Износ, мм	0,5…1,2		1,5…2
		Сталь, чугун	1		1,05
6	Радиус при вершине,	r, мм	0,5	1	1,5	2		3	5
		Сталь	0,87	0,93	0,97	1		1,04	1,1
		Чугун	0,91	0,95	0,98	1		1,03	1,05

Таблица А.9 – Расчетные зависимости для определения скорости резания при обработке конструкционных сталей, чугунов и медных сплавов

1)Расчетная формула
Наружное продольное точение отрезка м/мин
2)Значение коэффициентов и показателей степени в формулах
Обрабатываемый материал			Вид обработки	Подача			Глубина до(мм)		Материал режущей части			Коэффициенты и показатели степени
												Cv		Xv				Yv					m			T
Сталь конструкционная углеродистая, легированная и стальное литье s_в=750 Па			наружное продольное точение	S≤0,3 S≤0,75 S>0,75			10		T5K10			273 227 221		0,15				0,2 0,35 0,45					0,2			60
				S≤0,25 S>0,25			10		P18			87,5 56		0,25				0,33 0,66					0,125			60
Чугун серый НВ=190				S≤0,4 S>0,4			10		BK8			290 243		0,15				0,2 0,4					0,2			60
				t≤S t>S								324 324		0,15				0,2 0,4					0,2			30
Чугун ковкий НВ=150				t<2 S≤0,4 t>2					ВK8			317 215		0,15				0,2 0,45					0,2			60
3) Поправочные коэффициенты на скорость резания для измененных условий работы
Главный угол в плане φ	Материал режущей части инструмента			Твердый сплав											Р18, Р12
	Угол в плане φ,º			10	20	30		45		60	75		90			30			45		60			75			90
	k_φ_v	Сталь и чугун ковкий		1,55	1,3	1,13		1,0		0,92	0,86		0,81			1,26			1,0		0,84			0,74			0,66
		Чугун серый		-	-	1,2		1,0		0,88	0,83		0,73			-			-		-			-			-
Вспомога-тельный угол в плане φ₁	Материал режущей части инструмента			Твердый сплав													Р18, Р12, Р6М5
	Угол в плане φ₁,º			─													10			15		20			30			45
	k_φ1_v			─													1,0			0,97		0,94			0,91			0,87

Продолжение таблицы А.9

Форма передней поверхности

Материал режущей части инструмента

Твердый сплав

Р18, Р12, Р6М5

Форма передней поверхности

С отрицательной фаской

Плоская отрицательная

Плоская или радиусная с фаской

Плоская или радиусная без фаски

Коэффициент k_γ_v

1,0

1,05

1,0

0,95

Радиус при вершине

r_в, мм

0,8

1,0

2,0

3,0

Коэффициент k_rv

0,9

0,94

1,0

1,03

Сечение державки

12´20

16´16

16´25

20´20

20´30

25´25

25´40

30´30

30´45

40´40

40´60

Коэффициент k_qv

0,93

0,97

1,0

1,04

1,08

1,12

Марка твердого сплава

Марка сплава

Т30К4

Т14К8

Т15К6

Т15К6Т

Т5К10

Коэффициент k_uv

Сталь

2,15

1,23

1,54

1,77

1,0

Марка сплава

ВК2

ВК3

ВК6

ВК8

Коэффициент k_uv

Чугун

1,2-1,25

1,15

1,0

0,83

Состояние стали

Поставка

Термообработка

Прокат горяче-

катаный

Прокат холодно-тянутый

Нормали-зация

Отжиг

Улучшение

Коэффициент k_dv

1.0

1.1

0.95

0.9

0.8

Состояние поверхности

Материал режущей части

Твердые сплавы и минералокерамика

Р18, Р12, Р6М5

Состояние поверхности

Без корки

С литей-ной коркой

С коркой литей-ной загряз-ненной

Без корки

С коркой

Прокат или поковка

Прокат

Поков-ка

Литей-ной (медные сплавы)

Коэффициент k_nv

1,0

0,8-0,85

0,5-0,6

1,0

0,9

0,8

0,9

Обрабатыва-емый материал и марка режущего инструмента

Обрабатываемый материал и марка режущего инструмента

Сталь

Чугун серый

Чугун ковкий

Т5К10, ВОК-60

ВК6, ВК8, ВОК-60

Коэффициент k_mv

Вид обработки

Наружное продольное точение

Растачива-ние

Поперечное точение, отношение диаметров d : D

0 – 0,040

0,5 – 0,7

0,8 – 1,0

Коэффи-циент

k_ov

Твердый сплав

1,0

0,9

1,25

1,2

1,05

Р18, Р12

1,0

0,9

1,22

1,15

1,03

Таблица А.10 – Механические свойства некоторых конструкционных материалов

Группы материалов	Типовые марки	Механические характеристики
Группы материалов	Типовые марки	Временное сопротивление, s_в, МПа	Твердость, НВ	Относительное удлинение δ₅, %
1	2	3	4	5
1) *Стали*
Углеродистые качественные (С до 0,6%)	10	330	143	31
	15	370	149	27
	20	410	163	25
	25	450	170	23
	30	490	179	21
	35	530	207	20
	40	570	217	19
	45	600	220	16
	50	630	241	14
	55	650	255	13
	60	680	255	12
Стали для отливок	30Л	480	197	17
Стали для отливок	35Л	500	217	15
Хромоникелевые	40ХН	1000	229	11
	12Х2Н3А	950	217	11
	12Х2Н4А	1150	255	10
Хромистые	15Х, 20Х	780	179	11
	30Х	880	187	12
	35Х	910	197	11
	40Х	980	217	10
Марганцовистые	35Г	570	207	18
Марганцовистые	45Г	630	229	15
Хромокремне-марганцевые	20ХГСА	780	207	12
Хромокремне-марганцевые	30ХГС	1080	229	10
Хромоникель- вольфрамовые	25ХНВ	940 – 1150	207 – 285	9 – 12
Хромоникель- молибденовые	35ХН3М	800 – 1080	229 – 321	10 – 12
*2) Жаропрочные, высокопрочные и титановые сплавы*
Жаростойкие и жаропрочные стали	2Х13, 1Х17Н2	980 – 1150	300 – 400	7 – 14
Аустенитного класса, жаростойкие	Х15Н9Ю 2Х17Н2 Х18Н9Т	700 – 1000	220 – 240	8 – 35

Продолжение таблицы А.10

1	2	3	4	5
Жаропрочные	ХН35ВТЮ	950 – 1000	270 – 360	6 – 8
Жаропрочные	ХН70Ю	1000 – 1150	270 – 350	13 – 18
Титановые сплавы	ОТ4-1, ОТ4	600		20 – 40
Титановые сплавы	ВТ-20, ВТ-5	1000 – 1500	250 – 260	6 – 12
Жаропрочные титановые сплавы	ВТ22	1120 – 1150	320 – 340	8 – 12
*3) Чугуны*
	СЧ 12 – 28	120 – 150	140 – 220	3
	СЧ 15 – 32	120 – 150	140 – 220
	СЧ 21 – 40	210 – 280	140 – 200
	СЧ 35 – 52	210 – 280	140 – 200
	КЧ 40 – 3	350	201
	КЧ 35 – 4	350	201
	СМ438– 60	400	300
*4) Бронзы*
	БрОЦС6-6-3	150	60	6
	БрОЦС5-5-5	180	60	4
	БрОЦС 3-7-5-1	180	60	8
*5) Легкие сплавы*
	АЛ4	260	70	4
	Д18	300 – 350	80	24 – 20

Таблица А.11 – Числовые величины основных допусков ИСО

Квалитеты			01	0	1	2	3	4	5	6	7
Основные допуски в мкм (l = 0,001 мм)	Для интервалов диаметров в мм	До 3 вкл.	0,03	0,5	0,8	1,2	2	3	4	6	10
		Св. 3 до 6	0,4	0,6	1	1,5	2,5	4	5	8	12
		» 6 » 10	0,4	0,6	1	1,5	2,5	4	6	9	15
		» 10 » 18	0,5	0,8	1,2	2	3	5	8	11	18
		» 18 » 30	0,6	1	1,5	2,5	4	6	9	13	21
		» 30 » 50	0,6	1	1,5	2,5	4	7	11	16	25
		» 50 » 80	0,8	1,2	2	3	5	8	13	19	30
		» 80 » 120	1	1,5	2,5	4	6	10	15	22	35
		» 120 » 180	1,2	2	3,5	5	8	12	18	25	40
		» 180 » 250	2	3	4,5	7	10	14	20	29	46
		» 250 » 315	2,5	4	6	8	12	16	23	32	52
		» 315 » 400	3	5	7	9	13	18	25	36	57
		» 400 » 500	4	6	8	10	15	20	27	40	63
Квалитеты			8	9	10	11	12	13	14^*1	15^*1	16^*1
Основные допуски в мкм (l = 0,001 мм)	Для интервалов диаметров в мм	До 3 вкл.	14	25	40	60	100	140	250	400	600
		Св. 3 до 6	18	30	48	75	120	180	300	480	750
		» 6 » 10	22	36	58	90	150	220	360	580	900
		» 10 » 18	27	43	70	110	180	270	430	700	1100
		» 18 » 30	33	52	84	130	210	330	520	840	1300
		» 30 » 50	39	62	100	160	250	390	620	100	1600
		» 50 » 80	46	74	120	190	300	460	740	1200	1900
		» 80 » 120	54	87	140	220	350	540	870	1400	2200
		» 120 » 180	63	100	160	250	400	630	1000	1600	2500
		» 180 » 250	72	115	185	290	460	720	1150	1850	2900
		» 250 » 315	81	130	210	320	520	810	1300	2100	3200
		» 315 » 400	89	140	230	360	570	890	1400	2300	3600
		» 400 » 500	97	155	250	400	630	970	1550	2500	4000
^*1 Для размеров менее 1 мм квалитеты 14 – 16 не применяются

Таблица А.12 – Паспортные данные некоторых токарных станков

1) Станок модели 1К62

Мощность двигателя N=10кв

к.п.д. η =0,75

Частота вращения шпинделя, мин^-1: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000
Продольные подачи(мм/об): 0,70; 0,74; 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; 0,3; 0,34; 0,39; 0,43; 0,47; 0,52; 0,57; 0,61; 0,7; 0,78; 0,87; 0,95; 1,04; 1,14; 1,21; 1,4; 1,56; 1,76; 1,9; 2,08; 2,23; 2,42; 2,8; 3,12; 3,48; 3,8; 4,6.

Максимальная осевая сила, допускаемая механизмом подач: Q=3600 H

2) Станок модели 1А616

Мощность двигателя N=4,8 кВт

к.п.д. η=0,75

Частота вращения шпинделя, мин^-1: 11,2; 18; 28; 45; 56; 71; 90; 112; 140; 180; 224; 355; 450; 560; 710; 906; 1120; 1400; 1800; 2240.

Продольные подачи (мм/об): 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,11; 0,13; 0,15; 0,17; 0,18; 0,19; 0,2; 0,22; 0,25; 0,3; 0,33; 0,35; 0,37; 0,44; 0,5; 0,6; 0,67; 0,7; 0,89; 1,0; 1,11; 1,25; 1,75; 2,0; 2,25; 2,5.

Максимальное усилие, допускаемое механизмом продольной подачи Q=3000H

3) Станок модели 1А616П

Мощность двигателя N=4,5 кВт

к.п.д. η=0,8

Частота вращения шпинделя, мин^-1: 11,2; 18; 28; 45; 56; 71; 90; 112; 140; 180; 224; 355; 450; 560; 710; 906; 1120; 1400; 1800; 2240.

Продольные подачи (мм/об): 0,05; 0.06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,11; 0,13; 0,15; 0,17; 0,18; 0,19; 0,2; 0,22; 0,25; 0,3; 0,33; 0,35; 0,37; 0,44; 0,5; 0,6; 0,67; 0,7; 0,89; 1,0; 1,11; 1,25; 1,75; 2,0; 2,25; 2,5.

Продолжение таблицы А.12

4) Станок модели 16К20П

Мощность двигателя N = 10 кВт.,

к.п.д. η = 0,8

Частота вращения шпинделя в минуту, мин^-1: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 68; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.

Продольные подачи (мм/об): 0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,10; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,8; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8.

Максимальное усилие, допускаемое механизмом подач, Q = 3600 Н.

5) Станок модели 1Е61М

Мощность двигателя N = 4,5 кВт.

к.п.д. η = 0,8.

Частота вращения шпинделя в минуту, мин^-1: 35; 50; 71; 100; 140; 200; 230; 400; 560; 800; 1120; 1600.

Продольные подачи (мм/об): 0,4; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1; 0,11; 0,2; 0,14; 0,15; 0,16; 0,18; 0,2; 0,22; 0,24; 0,28; 0,30; 0,35; 0,37; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55; 0,6; 0,7; 0,74; 0,80; 0,90; 1,0; 1,1; 1,2; 1,4; 1,5; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,8; 3,0; 3,2; 3,4; 3,6; 4,0; 4,4; 4,8; 5,6; 8,0.

Максимальное усилие, допустимое механизмом подач, Q = 3000 Н

6) станок модели 1А62.

Мощность двигателя N = 7,8 кВт.

к.п.д. η =0,75.

Частота вращения шпинделя, мин^-1: 11,5; 14,5; 19; 24; 30; 37,5; 46; 58; 96; 120; 150; 184; 230; 305; 308; 600; 765; 955; 1200.

Продольные подачи (мм/об): 0,08; 0,088; 0,1; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,16; 0,18; 0,20; 0,23; 0,24; 0,25; 0,28; 0,30; 0,33; 0,35; 0,40; 0,45; 0,48; 0,50; 0,55; 0,60; 0,65; 0,71; 0,80; 0,91; 0,96; 1,00; 1,11; 1,21; 1,28; 1,46; 1,59.

Максимальное усилие, допустимое механизмом подач, Q = 3500 Н

Список использованных источников

1 Ординарцев, И.А. Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев и др. – Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение. 1987 – 846 с.

2 Боровский, Г.В. Справочник инструментальщика/Г.В. Боровский, С.Н. Григорьев, А.Р. Маслов – М.: Машиностроение, 2005. – 464 с.

3 Малов, А.Н. Справочник технолога-машиностроителя/ А.Н. Малов и др. т. 2. – М. Машиностроение, 1972. – 565 с.

4 Ординарцев, И.А. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент. Справочник/ И.А. Ординарцев и др. – М.: Машиностроение. 1988 – 368 с.

5 Арзамасцев, Б.Н. Справочник по конструкционным материалам/ Б.Н. Арзамасцев и др. – М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2005. – 640 с.

6 Ящерицын, П.И. Теория резания: Учебник/ П.И. Ящерицын, Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич. – 2^е изд. испр. и доп. – Мн.: Новое знание, 2006. – 512 с: ил – (Техническое образование).

7 Солоненко, В.Г. Резание металлов и режущие инструменты. Учебное пособие для вузов/ В.Г. Солоненко, А.А. Рыжкин. – М.: Высш. шк., 2007 – 414 с.: ил.

8.Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник: В 2^х т.: т1. / А.Д. Локтев, И.Ф. Гущин, В.А. Батуев и др. – М.: Машиностроение, 1991. – 640 с.: ил.

Скачать: MU_rezanie.rar

Категория: Методички / Методички по машиностроению

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Привет студент

Наверх

Привет студент

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ

Введение

1 Методы определения оптимального режима резания

2 Методические указания к выполнению работы

3 Аналитический метод расчета

3.1 Выбор марки инструментального материала

3.2 Выбор конструкции инструмента и геометрических параметров режущей части резца

3.2.1 Выбор режущей сменной многогранной пластины

3.2.2 Выбор конструкций резца с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП)

3.3 Определение глубины резания

3.4 Расчет экономической стойкости инструмента

Таблица 2 – Примерные значения стойкости

3.5 Определение наибольшей технологически допустимой подачи

3.5.1 Подача, допустимая прочностью механизма подачи станка (Sм.п)

3.5.2 Подача, допустимая прочностью резца (Sп.р.)

3.5.3 Подача, допустимая жесткостью резца (Sж.р.)

3.5.5 Подача, допустимая прочностью изделия (Sп.и.)

3.5.6 Подача, допустимая жесткостью изделия (Sж.и.)

3.5.7 Подача, допускаемая шероховатостью обработанной поверхности

3.6 Определение наивыгоднейшей скоростной ступени

3.6.1 Скорость, допускаемая режущими свойствами инструмента

3.6.2 Подача, определяемая по мощности и крутящему моменту на шпинделе станка

3.7 Пример расчета оптимального режима резания

Аналитический метод расчета

3.7.1 Выбор размеров резца и марки применяемого материала

3.7.2 Выбор геометрических параметров режущей части резцов

3.7.3 Определение глубины резания

3.7.4 Определение периода экономической стойкости инструмента

3.7.5 Выбор подачи

Приложение А

Таблица А.1 – Классификация твердых сплавов по группам применения

Таблица А.2 - Области применения отечественных твердых сплавов

Таблица А.3 - Области применения твердых сплавов иностранных фирм

Таблица А.4 – Области применения твердых сплавов с покрытиями

Таблица А.5 – Пластины режущие сменные многогранные

Таблицы А.5а – Геометрические параметры режущей части неперетачиваемых пластинок

Резцы с многогран-ными пластинками

φ

φ1

γ

γ1

α

α1

Трехгранные

90

10

12*

12

7,5

7,5

Четырехгранные

45

45

10**

12

10

4

Пятигранные

60

12

12

10

8

8

Шестигранные

45

15

10

10

10

-

* Для резцов, оснащенных пластинами из твердого сплава, с диаметром описанной окружности 14 мм. передний угол γ=17.˚

Таблицы А.6 – Условные обозначения токарных резцов

Таблицы А.7 – Основные размеры токарных резцов

Таблица А. 8 – Расчетные коэффициенты для определения силы резания

Таблица А.9 – Расчетные зависимости для определения скорости резания при обработке конструкционных сталей, чугунов и медных сплавов

Таблица А.10 – Механические свойства некоторых конструкционных материалов

Таблица А.11 – Числовые величины основных допусков ИСО

3.5.1 Подача, допустимая прочностью механизма подачи станка (S_м.п)

3.5.3 Подача, допустимая жесткостью резца (S_ж.р.₎

3.5.5 Подача, допустимая прочностью изделия (S_п.и.)

3.5.6 Подача, допустимая жесткостью изделия (S_ж.и.)

φ₁

γ₁

α₁

12^*

10^**