Скорость подачи
Она ограничена силами, которые действуют во время резки. Эти силы могут привести к некоторым неисправностям:
- надлом или изменение формы режущего элемента;
- деформации или поломке обрабатываемого материала;
- выход из строя станка.
Лучше всего работать при наибольшем значении подачи. Чаще всего эту величину берут из специальных таблиц, пособий. Они составляются благодаря многочисленным исследованиям и опытам, которые проводятся на машиностроительных заводах. Уже 47 лет лучшее пособие – это книга Ю.В. Барановского «Режимы резания металлов» 1972 г. За годы им пользовались инженеры на заводах, преподаватели, учащиеся в институтах. В пособии учтены результаты экспериментальных исследований механообрабатывающего, металлообрабатывающего производства Волжского автозавода.
При выборе скорости подачи из справочного материала, данное значение изменяют по кинематическим показателям оборудования, на котором производится металлообработка. Т.е. нужно взять ближайшее наименьшее значение подачи. Для чернового прохода берут скорость от 0,4 до 1,5 мм за оборот, для чистового от 0,11 до 0,4 мм за оборот.
Если уменьшать скорость подачи, а увеличивать глубину, то нагрузка на оборудование увеличивается. Если сделать наоборот, то нагрузка уменьшится. Из этого получается, что глубина оказывает наибольшее влияние на оборудование.
Режимы резания
Важно правильно определить тот слой металла, который подлежит металлообработке. Режущий момент представляет некоторые стадии обработки:
- вначале выбирается глубина, которая обеспечит окончательные размеры детали;
- удаляются просчеты предыдущей обработки, изъяны обрабатываемой поверхности;
- возмещаются погрешности, появившиеся в фазе отделки заготовки.
Поэтому предпринимается несколько перемещений, в результате режущих действий складывается общий припуск, общая глубина. До окончательной доработки предстоит сделать промежуточные операции. К примеру, для отделки детали в четыре перехода сначала определяется глубина четвертого уровня, затем глубина резания третьего перехода и потом второго. Таким образом, в первый черновой проход снимается та разница между общей величиной и трех переходов. Так определяются режущие режимы.
Скорость резания
Это скорость движения режущей стороны резца или металла по направлению основного движения резки. Обозначается латинской буквой V, измеряется в м/мин. и определяется следующим образом:
V= π*d*n/1000 (1)
V – это скорость резки,
d – диаметр обрабатываемого материала, измеряется в миллиметрах,
n – число оборотов шпинделя в минуту.
Зная значение V можно получить необходимое число оборотов шпинделя. Получив данную величину, нужное число оборотов шпинделя берется по паспорту станка, которое является ближайшим к величине определенной расчетным методом. Если паспорт отсутствует, то берут теоретическое число, т.е. то, которое получили из вычислений. В данном случае обязательно нужно учесть знаменатель прогрессии, и не менять количество оборотов при несущественном различии в диаметрах.
Скорость резания можно получить по формулам, которые определены для всех видов металлообработки из показателей стойкости резца.
Если необходимо выполнить продольные или поперечные точения, то значение V будет:
V= Cv*Kv/T*t*S (2)
T – период стойкости резца,
t – глубина резки металла,
S – скорость подачи.
Cv в данном случае является коэффициентом, полученным при наблюдении во время опытов. Данное значение необходимо брать из таблицы специального пособия. Выбирается вариант для «стандартных» условий металлообработки. Под словом «стандартные» условия имеется в виду использование давления в 750 МПа использование твердосплавного резца.
В реальных условиях показатели резки и обработки довольно часто не совпадают со «стандартными условиями». По этой причине для получения оптимальной величины вводится поправочный коэффициент – Кv. Он учитывает все отличия.
Рассчитать его можно следующим путем:
Kv=Kмv*Kпv*Kиv (3)
- Кмv – коэффициент учитывает влияние металла заготовки;
- Kпv – значение, которое учитывает состояние поверхности обрабатываемого металла;
- Kиv – коэффициент учитывает влияние материала, из которого изготовлен резец.
Все показатели берутся из справочников.
При резке пазов или фасонном точении берется формула (2) в измененном виде. В ней не учитывается значение t. Т.е. формула примет вид:
V= Cv*Kv/T*S (4)
Скорость, которую высчитали по формулам (2) и (4) является расчетной и полученное значение имеет лишь рекомендательный характер.
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
t = (D – d) / 2,
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 = pDn / 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 Rz от 10 до 20 включительно глубина резания 0,5 – 2,0 мм, для Rz 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 / pD » 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).
V = Dn / 320.
6. Проверку режима резания по мощности при черновом точении можно выполнить, пользуясь формулой
Nрез = Pz V / 60 * 1020,
где V – скорость резания, м/мин.; 1020 – коэффициент перевода Н x м/с в кВт; Pz – вертикальная составляющая силы резания, Н.
Вертикальная составляющая силы резания Pz (Н) – сила сопротивления резанию, действующая в вертикальном направлении касательно к поверхности резания. Для приближенных расчетов ее можно определить из формулы
Pz = KtS,
где K – коэффициент резания, равный силе резания, приходящейся на 1 мм2 площади поперечного сечения срезаемой стружки, МПа (табл. 11);
t – глубина резания, мм; S – подача, мм/об.
Таблица 11
Среднее значение коэффициента резания К при точении
После подсчета мощности резания должно соблюдаться условие
N рез * Nшп ,
где N рез – мощность, необходимая на резание; Nшп – мощность на шпинделе.
Пример.
Выбрать режимы резания для обтачивания вала из стали 45 (sв = 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: Pz = KtS.
Из табл. 11 коэффициент резания К = 1780 МПа, тогда
Pz = 1780 * 2 * 0,5 = 1780 Н.
Мощность, необходимая на резание,
Nрез = Pz V / 60 * 1020 = 1780 * 140 / 60 * 1020 = 4,1 кВт.
Из табл. 14 мощность двигателя станка Nдв = 10 кВт.
КПД станка принимаем h = 0,75. Тогда мощность на шпинделе составит
Nшп = Nдв 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 = 320V / 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.
Изменение скорости резания
Скорость резки при металлообработке зависит от:
- Материала, формы, свойства режущего инструмента.
- Рода оборудования. Токарные, фрезерные станки т.д.
- Характеристики заготовки. Например, сталь, какое у нее сопротивление к разрыву.
- Глубины резки.
- Вида обработки. Токарные работы, нарезка резьбы.
- Надежности, жесткости крепления заготовки.
- Мощности и свойства оборудования.
- Характера металлообработки.
На скорость резки, которая допускается режущим элементом, влияют различные нюансы: стойкость резца, физические свойства заготовки, количество и качество СОЖ, разрешенный и допустимый износ резца.
Чем выше быстрота перемещения при резке, тем быстрее падает стойкость резцов. Подходящая величина для резцовых инструментов от 25 до 55 м/мин. Если на резцах установлены пластины твердых сплавов, то данный показатель можно увеличить до 75-145 м/мин. В таком случае их стойкость составит от получаса до часа.
Инструмент для точения: классификация
От качества и надежности токарных резцов в значительной степени зависит точность получаемых размеров и производительность обработки. Они должны обеспечивать:
- получение требуемой формы;
- размеры;
- качество поверхности;
- наибольшую производительность при минимальных силовых, а следовательно, энергетических затратах;
- технологичность в изготовлении;
- возможность восстановления режущих свойств;
- минимальный расход дорогостоящих инструментальных материалов.
Классифицировать токарные резцы можно по способу обработки:
- проходные;
- подрезные;
- отрезные;
- прорезные;
- галтельные;
- резьбовые;
- фасонные;
- расточные.
По материалу режущей части выделяют:
- инструментальные;
- быстрорежущие;
- твердосплавные: однокарбидные (вольфрамовые);
- двухкарбидные (титановольфрамовые);
- трехкарбидные (титанотанталовольфрамовые);
По конструктивному исполнению токарные резцы бывают:
- цельные;
- сборные;
- комбинированные.
Выбор типа токарного резца зависит от типа обрабатываемой поверхности (наружная, внутренняя), твердости материала заготовки, типа обработки (черновая, получистовая, чистовая), геометрических параметров и материала режущей части, державки.
Выбор режимов резки
Чтобы подобрать режим резания, необходимо правильно выбрать основные его элементы, то есть, определять и учитывать наиболее выгодные показатели величин этих режимов:
- Получение технологически разрешенной скорости подачи. Это нужно для использования всех мощностей станка.
- Получение экономичной скорости резания. Помогает рационально использовать режущие элементы.
После просчетов необходимо проводить проверки по формулам или таблицам. Они дают понять, насколько выбранные элементы соответствуют мощностям станка, на котором будет выполняться резка металла, а также определяется мощность его привода. В особенности проверки нужны, если необходимо выполнить грубые обтирочные работы.
Основные параметры
Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах — это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:
- глубина резания;
- подача и обороты шпинделя;
- скорость резания.
Подача
Подача S – величина (путь) перемещения режущей кромки за один оборот обрабатываемой заготовки, либо за один ход заготовки или инструмента в направлении движения подачи, мм/об, мм/дв.ход.
Подачу назначают из условия обеспечения требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности. Обычно работают на Sпр = (0,20…0,25) мм/об. Высокая чистота получается при работе на Sпр = 0,03…0,05 мм/об.
Эти параметры элементы режима резания t и S непосредственно влияют на размеры снимаемой стружки, так:
а – толщина срезаемого слоя, расстояние между двумя последовательными положениями главной режущей кромки за один оборот заготовки определяется а = S · sinφ;
в – ширина срезаемого слоя, расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания: в=t/ sinφ .
Заштрихованная площадь называется площадью поперечного сечения срезаемого слоя F:
F = t · S = a · b, мм 2 .
