Определение режимов резания при токарной обработке. Режим резания при токарной обработке: элементы и понятие резания

Рис. 1. Глубина резания при различніх видах обработки. а-наружное точение(обтачивание), б-растачивание, в-подрезание торца, г-отрезание

Процесс резания характеризуется определен­ным режимом. К элементам режима резания относятся глубина резания, подача и скорость резания.

Глубина резания t - величина сре­заемого слоя за один проход резца, измеряемая в направлении, перпендикулярном к обработан­ной поверхности. При наружном продольном точении глубина резания определяется как по­луразность между диаметром заготовки (обра­батываемой поверхности) D и диаметром обра­ботанной поверхности d (рис. 1 а).

При растачивании (рис. 1, б) глубина реза­ния представляет собой полуразность между диаметром отверстия после обработки и диа­метром отверстия до обработки (рис. 1. в). При подрезании глубиной резания являемся величина срезаемого слоя, измеренная перпендикулярно к обработанному торцу (рис. 1), и при отрезании и прорезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом (рис. 1 г).

Подача (скорость подачи) - ве­личина перемещения режущей кромки в на­правлении движения подачи за один оборот заготовки (х мм/об) (рис. 2). При точении различают продольную подачу, на­правленную вдоль оси заготовки; поперечную подачу, направленную перпендику­лярно оси заготовки; наклонную подачу под углом к оси заготовки (при обработке конической поверхности).

Скорость резания V - путь, прой­денный наиболее отдаленной от оси вращения точкой поверхности резания относительно ре­жущей кромки резца за единицу времени (м мин). Скорость резания зависит от частоты вращения и диаметра обрабатываемой заготов­ки. Чем больше диаметр D заготовки, тем больше скорость резания при одной и той же частоте вращения, так как за один оборот за­готовки (или за одну минуту) путь, пройденный точкой 4 на поверхности резания (рис. 3), будет больше пути, пройденного точкой Б (πD>πd) .

Одним из многофункциональных способов обработки металлов является точение. С его помощью осуществляется черновая и в процессе изготовления или ремонта деталей. Оптимизация процесса и эффективная качественная работа достигается путем рационального подбора режимов резания.

Особенности процесса

Токарная отделка осуществляется на специальных станках с помощью резцов. Главные движения выполняются шпинделем, который обеспечивает вращение закрепленного на нем объекта. Движения подачи совершаются инструментом, который закреплен в суппорте.

К основным видам характерных работ относятся: торцевое и фасонное обтачивание, растачивание, обработка углублений и канавок, подрезание и отрезание, оформление резьбы. Каждый из них сопровождается производительными движениями соответствующего инвентаря: проходных и упорных, фасонных, растачивающих, подрезных, отрезных и резьбовых резцов. Разнообразный типаж станков позволяет обрабатывать мелкие и очень крупные объекты, внутренние и внешние поверхности, плоские и объемные заготовки.

Основные элементы режимов

Режим резания при токарной обработке - это комплекс параметров работы металлорежущего станка, направленный на достижение оптимальных результатов. К ним относятся следующие элементы: глубина, подача, частота и скорость вращения шпинделя.

Глубина - это толщина металла, снимаемая резцом за один проход (t, мм). Зависит от заданных показателей чистоты и соответствующей шероховатости. При черновом точении t = 0,5-2 мм, при чистовом - t = 0,1-0,5 мм.

Подача - расстояние перемещения инструмента в продольном, поперечном или прямолинейном направлении относительно одного оборота обрабатываемой детали (S, мм/об). Важными параметрами для ее определения являются геометрические и качественные характеристики

Частота вращения шпинделя - количество оборотов главной оси, к которой крепится заготовка, осуществляемое за период времени (n, об/с).

Скорость - ширина прохода за одну секунду с соответствием заданной глубины и качества, обеспеченная частотой (v, м/с).

Сила точения - показатель расходуемой мощности (P, Н).

Частота, скорость и сила - важнейшие взаимосвязанные элементы режима резания при токарной обработке, которые задают и оптимизационные показатели отделки конкретного объекта, и темп работы всего станка.

Исходные данные

С точки зрения системного подхода процесс точения можно рассматривать как слаженное функционирование элементов сложной системы. К ним относятся: инструмент, заготовка, человеческий фактор. Таким образом, на эффективность этой системы влияет перечень факторов. Каждый из них учитывается тогда, когда необходимо рассчитать режим резания при токарной обработке:

• Параметрические характеристики оборудования, его мощность, тип регулирования вращения шпинделя (ступенчатое или бесступенчатое).
• Способ крепления заготовки (с помощью планшайбы, планшайбы и люнета, двух люнетов).
• Физические и механические свойства обрабатываемого металла. Учитывается его теплопроводность, твердость и прочность, тип производимой стружки и характер ее поведения относительно инвентаря.
• Геометрические и механические особенности резца: размеры углов, державки, радиус при вершине, размер, тип и материал режущей кромки с соответствующей теплопроводностью и теплоемкостью, ударной вязкостью, твердостью, прочностью.
• Заданные параметры поверхности, в том числе ее шероховатость и качество.

Если все характеристики системы учтены и рационально просчитаны, становится возможным достижение максимальной эффективности ее работы.

Критерии эффективности точения

Детали, изготавливаемые с помощью токарной отделки, являются чаще всего составляющими ответственных механизмов. Требования выполняются с учетом трех основных критериев. Наиболее важным является максимальное выполнение каждого из них.

• Соответствие материалов резца и обтачиваемого объекта.
• Оптимизация между собой подачи, скорости и глубины, максимальная производительность и качество отделки: минимальная шероховатость, точность форм, отсутствие дефектов.
• Минимальные затраты ресурсов.

Порядок расчета режима резания при токарной обработке осуществляется с высокой точностью. Для этого существует несколько различных систем.

Способы вычисления

Как уже было сказано, режим резания при токарной обработке требует учета большого количества разных факторов и параметров. В процессе развития технологии многочисленные ученые умы разработали несколько комплексов, направленных на вычисление оптимальных элементов режимов резания для различных условий:

• Математический. Подразумевает точный расчет по существующим эмпирическим формулам.
• Графоаналитический. Совмещение математического и графического методов.
• Табличный. Выбор значений, соответствующих заданным условиям работы, в специальных комплексных таблицах.
• Машинный. Использование программного обеспечения.

Наиболее подходящий выбирается исполнителем в зависимости от поставленных задач и массовости производственного процесса.

Математический метод

Аналитически вычисляются режимы резания при токарной обработке. Формулы существуют более и менее сложные. Выбор системы определяется особенностями и требуемой точностью результатов просчетов и самой технологии.

Глубина рассчитывается как разность толщины заготовки до (D) и после (d) обработки. Для продольных работ: t = (D - d) : 2; а для поперечных: t = D - d.

Допустимая подача определяется поэтапно:

• цифры, которые обеспечивают необходимое качество поверхности, S шер;
• подача с учетом характеристик инструмента, S р;
• значение параметра, учитывающее особенности закрепления детали, S дет.

Каждое число вычисляется по соответствующим формулам. В качестве фактической подачи выбирают наименьшую из полученных S. Также существует обобщающая формула, учитывающая геометрию резца, заданные требования к глубине и качеству точения.

• S = (C s *R y *r u) : (t x *φ z2), мм/об;
• где C s - параметрическая характеристика материала;
• R y - заданная шероховатость, мкм;
• r u - радиус при вершине токарного инструмента, мм;
• t x - глубина точения, мм;
• φ z - угол при вершине резца.

Скоростные параметры вращения шпинделя считаются по различным зависимостям. Одна из фундаментальных:

v = (C v *K v) : (T m *t x *S y), м/мин, где

• C v - комплексный коэффициент, обобщающий материал детали, резца, условия процесса;
• K v - дополнительный коэффициент, характеризующий особенности точения;
• T m - стойкость инструмента, мин;
• t x - глубина резания, мм;
• S y - подача, мм/об.

При упрощенных условиях и с целью доступности расчетов, скорость токарной обработки заготовки можно определить:

V = (π*D*n) : 1000, м/мин, где

• n - частота вращения шпинделя станка, об/мин.

Используемая мощность оборудования:

N = (P*v) : (60*100), кВт, где

• где P - сила резания, Н;
• v - скорость, м/мин.

Приведенная методика является очень трудоемкой. Существует большое разнообразие формул различной сложности. Чаще всего сложно правильно подобрать нужные, чтобы произвести расчет режимов резания при токарной обработке. Пример наиболее универсальных из них приведен тут.

Табличный метод

Суть этого варианта состоит в том, что показатели элементов находятся в нормативных таблицах в соответствии с исходными данными. Существует перечень справочников, в которых приведены значения подач в зависимости от параметрических характеристик инструмента и заготовки, геометрии резца, заданных показателей качества поверхности. Есть отдельные нормативы, вмещающие в себе предельно допустимые ограничения для различных материалов. Отправные коэффициенты, необходимые для расчета скоростей, также содержатся в специальных таблицах.

Такая методика используется обособленно или одновременно с аналитической. Она удобна и точна в применении для несложного серийного производства деталей, в индивидуальных мастерских и в домашних условиях. Она позволяет оперировать цифровыми значениями, используя минимум усилий и исходных показателей.

Графоаналитический и машинный методы

Графический способ является вспомогательным и основан на математических расчетах. Вычисленные результаты подач наносятся на график, где расчерчивают линии станка и резца и по ним определяют дополнительные элементы. Этот метод - очень сложная комплексная процедура, которая является неудобной для серийного производства.

Машинный способ - точный и доступный вариант для опытного и начинающего токаря, разработанный для того, чтобы вычислять режимы резания при токарной обработке. Программа предоставляет наиболее точные значения в соответствии с заданными исходными данными. Они обязательно должны включать:

• Коэффициенты, характеризующие материал обрабатываемой детали.
• Показатели, соответствующие особенностям инструментального металла.
• Геометрические параметры токарных резцов.
• Числовое описание станка и способов закрепления заготовки на нем.
• Параметрические свойства обрабатываемого объекта.

Сложности могут возникать на этапе числового описания исходных данных. Правильно задав их, можно быстро получить комплексный и точный расчет режимов резания при токарной обработке. Программа может содержать неточности работы, однако они менее значительны, чем при ручном математическом варианте.

Режим резания при токарной обработке - важная расчетная характеристика, определяющая ее результаты. Одновременно с элементами выбираются инструменты и охлаждающе-смазывающие вещества. Полный рациональный подбор этого комплекса - показатель опытности специалиста или его упорности.

Министерство путей сообщения Российской Федерации Дальневосточная государственная академия путей сообщения

Кафедра “Технология металлов” Э.Г. Бабенко

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию

Хабаровск

Введение 1. Выбор металлорежущего станка

2. Крепежные приспособления

3. Режущий инструмент

4. Режимы резания

4.1. Точение

4.2. Строгание 4.3. Сверление, рассверливание, зенкерование, развёртывание 4.4. Фрезерование 4.5. Шлифование

4.5.1. круглое наружное и внутреннее шлифование 4.5.2. Плоское шлифование

5. Задание на курсовую работу для студентов заочной формы обучения. 4.6. Протягивание

Приложение Паспортные данные металлорежущих станков Список литературы

Введение

Обработка резанием является основным технологическим приёмом при изготовлении деталей машин и механизмов. Её трудоёмкость в большинстве отраслей машиностроения значительно превышает трудоёмкость литейных, ковочных и штамповочных процессов, взятых вместе.

Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность, отличается исключительной точностью, универсальностью и гибкостью. В этом заключается её преимущество перед другими методами формообразования особенно в индивидуальном и мелкосерийном производствах, что характерно для ремонтных предприятий железнодорожного транспорта.

Расчёт режимов резания и выбор рационального являются ключевыми звеньями при разработке технологических процессов формирования заданных конфигураций деталей от этого во многом зависит качество (а соответственно и работоспособность) изделия, трудовые и денежные затраты на его изготовление. На режимы резания оказывают влияние многие факторы, которые следует учитывать при расчётах. К ним, например, относятся микро и макро-% структура материала заготовки, его физико-механические свойства; состояние обрабатываемой поверхности; материал и геометрические параметры режущего инструмента; механические характеристики оборудования и т.д.

Настоящая методическая разработка преследует цель оказать помощь студентам при расчётах режимов резания, оптимизации этих режимов, определению минимальных затрат времени на ту или иную технологическую операцию. Она может быть использована в курсовом и дипломном проектировании, а также при решении инженерами производственных задач.

При расчётах и оптимизщации режимов резания, в общем случае рекомендуется придерживаться следующей последовательности:

а) выбрать и обосновать тип и модель металлорежущего станка, крепёжного приспособления; материал и геометрические параметры режущего инструмента; б) рассчитать режимы резания, определить потребную мощность на обработку,

сравнить её с мощностью выбранного станка; в) при несоответствии или значительном (более 20%) расхождении таких

мощностей, выполнить корректировку расчётных режимов; г) определить основное технологическое (машинное) время обработки заданной

поверхности на рассчитанных и откорректированных режимах.

В процессе курсового проектирования студент должен соблюдать следующий порядок работы:

1. Начертить эскиз заданной детали в положении, как она устанавливается на станке. Указать размеры и чистоту обработки поверхностей. Утолщённой линией (в соответствии с заданием) отметить обрабатываемые поверхности;

2. Обосновать и принять тип и модель металлорежущего станка. Привести его основные паспортные данные. Рассчитать, для всех ступеней, значения подач и частот вращения вала шпинделя;

3. Выбрать или спроектировать крепёжное приспособление;

4. Выбрать и обосновать тип режущего инструмента, материал и геометрические параметры его режущей части. Привести эскиз инструмента с указанием основных размеров и углов заточки. Обосновать и принять период стойкости;

- определить глубину резания;

- выбрать подачу и откорректировать её в соответствии с паспортными данными выбранного станка;

- определить силы резания, крутящий момент, осевую силу (в зависимости от вида обработки), сравнить их с паспортными значениями выбранного станка. В случае

превышения расчётных величин над паспортными необходимо произвести корректировку проведённых ранее расчётов;

- определить эффективную и потребную мощность и сравнить последнюю с мощностью электродвигателя выбранного станка путём расчёта коэффициента использования. В случае несоответствия его значения рациональному (рациональным считается К=0,85- 0,9), расчёт режимов осуществить заново, предварительно скорректировав назначаемые автором расчётов параметры или выбрав другой станок, инструмент и т.д.;

- определить основное технологическое время.

6. Сделать анализ рассчитанных параметров и дать заключение о рациональности разработанной технологии.

Пояснительная записка работы должна содержать:

Задание;

Оглавление;

Введение;

Основную часть;

- заключение с кратким анализом результатов работы;

- список использованной литературы.

Текст записки пишется чернилами, на одной стороне листа, чётким и разборчивым почерком. Формулы должны быть расшифрованы, принимаемым параметрам даются обоснования; указывается источник, откуда они взяты; приводится размерность параметров.

Графическая часть работы (эскизы, рисунки, чертежи) выполняются с использованием чертёжного иснтрумента и в соответствии с принятыми ГОСТами.

1. ВЫБОР МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

При выборе типа и модели металлорежущего станка в первую очередь обращается внимание на возможность закрепления в нём заданной детали (расстояние между центрами и наибольший диаметр обрабатываемой детали - у токарных станков, размеры станка и наибольший ход долбяка - у строительных и долбёжных, наибольший условный диаметр сверления и вертикальное перемещение головки - у сверлильных и т. д.). Затем анализируются мощности главных электродвигателей и их предполагаемое соответствие для обработки заданной детали. И, наконец, исследуются диапазоны и число ступеней подач и частот вращения шпинделя. Предпочтение следует отдавать станкам с более широкой разрешающей способностью указанных выше параметров.

При выборе типа и модели станка можно использовать и другую справочную литературу. Паспортные данные некоторых станков приведены в табл.43-48 приложения данного пособия.

После выбора типа станка, его паспортные характеристики заносятся в пояснительную записку и рассчитываются все ступени подач и частот вращения, которые у большинства станков изменяются в геометрической прогрессии. Расчёт начинается с определения знаменателя геометрической прогрессии:

для ступеней подач

где S max, S min - максимальная и минимальная подачи у выбранного станка;z - количество подач;

для ступеней частот вращения

где n max , n min - максимальная и минимальная частота вращения шпинделя станка, 1/мин;

z i - количество ступеней частоты вращения.

После определения их необходимо скорректировать и принять ближайшие стандартные значения. Стандартными являются: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0.

Ступени подач и частот вращения определяются следующим образом:

Подобный подход распространяется и при определении шага двойных ходов для станков с прямолинейным главным рабочим движением.

2. КРЕПЕЖНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Для механической обработки любой детали, кроме металлорежущих станков требуется ещё и технологическая оснастка, т.е. различные инструменты и приспособления. Приспособления необходимы, чтобы установить и закрепить деталь, обеспечив при этом требуемое на данной операции взаимное расположение станка, детали и режущего инструмента. Для этой цели используются станочные приспособления к металлорежущим станкам (универсальные и специализированные) такие, как двух-, трёх-, четырёхкулачковые самоцентрирующие патроны; различного типа оправки (центровые, шлицевые, зубчатые); станочные тиски с ручным и механическим приводами; кондукторы; плиты; станочные центры; различные хомутики; гидро и пневмоцилиндры и т.д.

От степени оснащённости технологической оснастки во многом зависит производительность обработки. Стоимость оснастки высока. Зачастую она составляет около 80% всех затрат на подготовку производства. Поэтому следует иметь ввиду, что в условиях индивидуального и мелкосерийного производства следует выбирать в основном типовые универсальные многоцелевые станоч-ные

приспособления. Сведения о типовом приспособлении можно приобрести из и другой справочной литературы.

3. РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

Режущие инструменты работают в условиях больших нагрузок, высоких температур, трения и износа. Поэтому инструментальные материалы должны удовлетворять особым эксплуатационным требованиям. Материал рабочей части инструмента должен иметь большую твёрдость (значительно выше твёрдости материала обрабатываемой заготовки), высокие допускаемые напряжения на изгиб, растяжение, сжатие и кручение. Важнейшими характеристиками являются красностойкость и износостойкость.

Большинство конструкций металлорежущего инструмента являются составными - рабочая часть из инструментального материала, а крепёжная из обычных конструкционных сталей (40, 45, 50, 40Х и др.).

Рабочую часть в виде пластин или стержней соединяют с крепёжной при помощи сварки, пайки или специальных высокотемпературных клеев, механического крепления и др.

В настоящее время на предприятиях железнодорожного транспорта наиболее часто находят применение следующие инструментальные материалы: углеродистые, легированные и быстрорежущие стали; металлокерамические сплавы; сверхтвёрдые и абразивы.

Легированные инструментальные стали (9ХВГ, ХВГ, ХГ, 6ХС, 9ХС и др.) используются для изготовления протяжек, свёрл, метчиков, плашек, разверток. Они имеют красностойкость 250-3000 С и допускают скорость резания 15-25 м/мин.

Более широкое применение находят быстрорежущие стали. Самыми распространёнными являются: Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2, Р10К5Ф5. Твёрдость таких сталей составляет НRC 62-65, красностойкость 600-6300 С. Обладая повышенной износостойкостью они могут работать со скоростями до 100 м/мин. В табл.1 Приложения приведены рекомендуемые области применения для некоторых марок быстрорежущих сталей.

Металлокерамические твёрдые сплавы состоят из карбидов вольфрама, титана и

тантала (WC, TiC, Ta,C) , находящимися в металлическом кобальте (Со). Они применяются в виде пластинок, изготавливаемых методом порош-ковой металлургии, закрепляемых на державках режущего инструмента.

Металлокерамический твёрдосплавный инструмент обладает высокими твёрдостью (HRA 80-92), износостойкостью и красностойкостью (800-10000 С). Это позволяет вести обработку со скоростями до 800 м/мин.

Твёрдые сплавы делятся на следующие группы: однокарбидные (вольфрамовые) - ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4, ВК6М, ВК6 и т.д.; двухкарбидные (титано-вольфрамовые) - Т30К4, Т15К6, Т5К10, Т5К12 и т. др.; трёхкарбидные (титано-танталовольфрамовые) - ТТ7К12, ТТ10К8, ТТ8К6 и др.

Твёрдые сплавы группы ВК используются для обработки твёрдых и хрупких металлов, пластмасс и неметаллических материалов.

Трёхкарбидные сплавы отличаются от первых двух повышенной износостойкостью, прочностью и вязкостью и применяются для обработки деталей из труднообрабатываемых сталей аустенитного класса.

В табл.2 Приложения приведены некоторые марки вольфрамовых твёрдых сплавов

и области их рационального использования.

В последние годы всё более широко используются безвольфрамовые твёрдые сплавы ТМ1, ТМ3, ТН-20, ТН-30, ТН-40, КТН-16 и др. на основе карбидов или других соединений титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов. Например, сплав ТМ1 имеет износостойкость при обработке стали 50 в 2 раза выше, чем сплав Т30К4.

Производительность обработки резанием существенно возрастает при использовании инструментов, оснащённых поликристаллами сверхтвёрдых материалов (СТМ) на основе кубического (КНБ) или вюрциподобного (ВНБ) нитрида бора и синтетических алмазов (СА).

В настоящее время инструментальная промышленность выпускает две группы СТМ на основе нитрида бора (композиты) и углерода (поликристалические алмазы). Твёрдость поликристаллических алмазов выше, чем твёрдость композитов. Однако

теплостойкость в 1,5-2 раза ниже. Композиты практически инертны к чёрным металлам, а алмазы проявляют к ним значительную активность при высоких температурах. Это приводит к тому, что инструмент из СТМ наиболее выгодно использовать на автоматических линиях, станках с ЧПУ, в гибких производственных модулях и др., т. е. там где обеспечивается оптимальный режим резания, имеется возможность плавного ввода и вывода инструмента из контакта с обрабатываемой заготовкой, высокоэффективный контроль за его эксплуатацией.

Значительную роль при обработке резанием играют тип и геометрия режущей части инструмента, а также период стойкости, т. е. время работы в мин. до затупления и необходимости заточки. При назначении отмеченных парамет-ров следует пользоваться справочной литературой или приложением настоящего пособия.

4. РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ

При установлении режимов резания учитывается характер обработки, тип и материал инструмента, его геометрические параметры, материал и состояние заготовки, тип оборудования и другие факторы.

Расчёт режимов чаще всего ведётся по следующей схеме t , т.е.

устанавливается глубина резания (t ) подача(S), определяется скорость резания (V) и сила резания (Р), по которой рассчитывается потребная мощность станка.

Глубина резания при черновой обработке назначается по возможности максимальной (чаще всего равную всему припуску на обработку), а при чистовой - в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

Подача при черновой обработке выбирается максимально возможной, исходя из жёсткости и прочности системы: станок-приспособление-инструмент-деталь; мощности станка, прочности режущей части инструмента и других ограничивающих

факторов. При чистовой обработке принимается во внимание требуемая степень точности и шероховатости обработанной поверхности.

Скорость и силы резания рассчитываются по эмпирическим формулам, устанавливаемым для каждого вида обработки. Значения коэффициентов и показателей степени, содержащихся в этих формулах даны в справочной литературе и в приложении данного пособия.

4.1. Точение

Т о ч е н и е (токарная обработка) - наиболее распространённый метод обработки поверхностей деталей типа тел вращения на токарных станках. Типы токарных

станков приведены в и табл. 43 Приложения. Основные виды токарных работ: обработка наружных цилиндрических и конических поверхностей, обработка пазов и уступов, вытачивание пазов и канавок, отрезка заготовок, сверление, зенкерование, развёртывание, нарезание резьб, обработка фасонных поверхностей, накатывание рифлений и др. На рис.4.1 приведена технологическая схема точения.

Рис.4.1. Технологическая схема точения

Вращательное движение заготовки называется главным движением резания, а поступательное движение режущего инструмента - движением подачи.

П о д а ч е й (мм/об) называется (рис.4.1) путь, пройденный режущей кромкой инструмента относительно вращающейся заготовки. Подача может быть продольной, если инструмент перемещается параллельно оси вращения заготовки, и поперечной, если инструмент перемещается перпендикулярно этой оси.

Подачи при чистовом точении выбираются в зависимости от требуемых параметров шероховатости обработанной поверхности и радиуса при вершине резца (табл.5 Приложения).

При прорезании пазов и отрезании величина поперечной подачи зависит от свойств обрабатываемого материала, размеров паза и диаметра заготовки (табл.6 Приложения).

Выбранную подачу необходимо скорректировать по паспорту станка, приняв ближайшую меньшую ступень и выдержав условие .

Глубина резания t (мм) определяется (рис.4.1) толщиной снимаемого слоя за один рабочий ход резца, измеренной по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности детали.

При черновом точении и отсутствии ограничений по мощности станка величина t

принимаетися равной припуску на обработку (h); при чистовом точении припуск снимается за два и более проходов на каждом последующем проходе глубина резания устанавливается меньше, чем при предшествующем. При параметрах

шероховатости обработанной поверхности R a =3,2 мкм включительно t=0,5-2,0

мм; при R a 0,8 мкм, t=0,1-0,4 мм.

При отрезке и прорезке глубиной резания является ширина главной режущей

кромки, которую можно определить из выражения: b=0,6 D 0,5 мм, гдеD - диаметр отрезаемой детали.

Скорость резания V p (м/мин) зависит от конкретных условий обработки. На её величину оказывает существенное влияние следующие факторы: стойкость инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого материала, подача и глубина резания, геометрические параметры режущего инструмента, наличие смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), температура в зоне контакта инструмента и детали, допустимый износ инструмента и др.

При наружном продольном и поперечном точении а также при растачивании расчётная скорость резания определяется по эмпирической формуле

а при отрезании, прорезании и фасонном точении - по формуле

где Cv - коэффициент, учитывающий условия резания; Т - период стойкости

инструмента, мин; S - подача, мм/об; Kv - корректирующий коэффициент;m, x, y - показатели степени.

Значения С v , m, x, y приведены в табл.7 Приложения.

Средние значения периода стойкости Т можно принимать в пределах 60 - 90 мин для резцов из быстрорежущей стали и 90-120 мин для твердосплавного инструмента.

Корректимрующий коэффициент определяется по следующей формуле:

где К mv - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки;К пv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;К иv - коэффици-ент,

учитывающий материал режущей части резца; К - коэффициент, учиты-вающий

главный угол в плане резца; К r - коэффициент, учитывающий вели-чину радиуса при вершине резца(принимается во внимание только для резцов из быстрорежущей

стали). Коэффициент К mv рассчитывается:

при обработке сталей

при обработке серого чугуна

при обработке ковкого чугуна

где - предел прочности материала заготовки, Мпа;НВ - твёрдость мате-риала заготовки, Мпа.

Значения показателей n v и коэффициентов Knv, Kиv , Ks , Kr приведены в табл. 8, 9, 10, 11 Приложения.

При обработке медных сплавов с содержанием свинца 10% Kmv =4, а с содержанием свинца15% Kmv =12,0.

При обработке силумина с Мпа, НВ60 и дюралюминия=400-

500 Мпа, HB100 принимать Kmv =0,8. Если дюралюминий имеетМпа,

НВ100, а силуминМпа, НВ65, тоK mv =1,0.

Для проверки возможности реализации V P на выбранном станке определяется расчётная частота вращения шпинделяn p 1/мин:

где D o - диаметр заготовки до обработки.

Полученная np сравнивается с имеющимися на станке значениями. Если расчётная частота не совпадает с одной из ступеней, то для дальнейших расчётов принимается та ступень (nст ), которая является ближайшей меньшей к np , т.е. должно

выдерживаться условие nст np.

По принятому значению nст определяется фактическая скорость резанияV ф , м/мин:

В дальнейших расчётах используются только n ст иV ф.

Сила резания Р , Н раскладывается на составляющие силы, направленные по

осям координат станка (тангенциальную Р z , радиальнуюP y и осевуюР x ). При наружном продольном и поперечном точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении эти составляющие рассчитываются по формуле:

При отрезании, прорезании и фасонном точении t - длина режущей кромки резца.

Постоянная С р и показатели степениx, y, n для каждой из составляющих силу резания приведены в табл.12 Приложения.

Поправочный коэффициент К р представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих условия резания:

Численные значения коэффициентов приведены в табл. 13,14 Приложения.

Главной составляющей силы резания является Р z , по которой рассчитывается мощность, необходимая для снятия стружки. Поэтому расчётным путём достаточно

определить только Р z , а остальные составляющие можно установить по формулам:

Затем определяется потребная мощность на шпинделе станка:

где ст - К.П.Д. станка.

Для выводов об эффективности рассчитанных режимов для принятого станка устанавливается коэффициент его использования по мощности:

где N cт - мощность главного электродвигателя станка (по паспорту).

Величина коэффициента К не должна превышать единицы. Наиболее рациональное значение К=0,85-0,9.

От выбора режима резания (глубины резания, подачи и скорости резания) зависит производительность труда, качество и стоимость изготовления обрабатываемых деталей.

Токарь должен уметь правильно выбирать режимы резания, исходя из наилучшего использования режущих свойств резца и мощности станка при обеспечении заданных точности и чистоты обработки.

1. Глубина резания

Припуск на обработку можно снять в один или несколько проходов; выгоднее работать с возможно меньшим количеством проходов. Следует весь припуск снимать за один проход, если мощность и прочность станка, а также прочность резца и жесткость обрабатываемой детали допускают это. Если же припуск на обработку велик, а обработанная поверхность должна быть точной и чистой, следует припуск распределить на два прохода, оставляя на чистовую обработку 0,5-1 мм на сторону или 1-2 мм по диаметру.

2. Подача

Для получения наибольшей производительности следует работать с возможно большими подачами.

Величина подачи при черновой обработке - ограничивается жесткостью детали, прочностью резца и слабых звеньев механизма подачи станка.

Величина подачи при получистовой и чистовой обработке определяется требованиями чистоты обработанной поверхности и точности детали. Примерные подачи для получистового точения указаны в табл. 4. При работе резцами В. Колесова (см. рис. 62) при получистовой, а в ряде случаев и чистовой обработке сталей подача может быть очень большой - порядка 1,5-3 мм/об. Рекомендуемые значения подач при обработке металлов по методу В. Колесова приведены в табл. 5.

Таблица 4

Средние подачи при получистовом точении стали

Таблица 5

Рекомендуемые подачи при обработке металлов
по методу В. А. Колесова (по данным Уралмашзавода)

Примечание . Меньшие значения подач приведены для более прочных материалов, большие - для менее прочных.

3. Скорость резания

Скорость резания зависит главным образом от обрабатываемого материала, материала и стойкости резца, глубины резания, подачи и охлаждения.

На основании опыта токарей-скоростников передовых заводов и лабораторных исследований разработаны специальные таблицы, по которым можно выбрать необходимую скорость резания при обработке твердосплавными резцами.

В качестве примера в табл. 6 приводятся рекомендуемые скорости резания для различных глубин резания и подач при продольном точении конструкционных углеродистых и легированных сталей с пределом прочности при растяжении сигмаb = 75 кг/мм² твердосплавными резцами Т15К6.

Скорости резания, указанные в табл. 6, рассчитаны на определенные условия резания. Они предусматривают обработку точением сталей σ b = 75 кг/мм² твердосплавными резцами Т15К6 с главным углом в плане φ = 45° при стойкости резца Т = 90 мин.

При условиях, отличающихся от указанных в табл. 6, следует табличные данные по скорости резания помножить на соответствующие коэффициенты, приводимые ниже.

Коэффициенты, учитывающие прочность обрабатываемого материала:

Коэффициенты, учитывающие стойкость резца: Коэффициенты, учитывающие марку твердого сплава:

Таблица 6

Режимы резания
при точении конструкционных и легированных сталей
спределом прочности при разрыве σ b = 75 кг/мм²
резцами с пластинками Т15К6

4. Требования, предъявляемые к современным токарным станкам

К токарным станкам, предназначенным для высокопроизводительного точения, предъявляются более высокие требования, чем к обычным токарным станкам.

При работе на высоких скоростях резания появляется опасность возникновения вибраций вследствие недостаточной жесткости станков, наличия излишних зазоров в подшипниках шпинделя и в подвижных соединениях суппорта, неуравновешенности отдельных быстро вращающихся частей станка, патрона или обрабатываемой детали.

Следовательно, для спокойной без вибраций работы станка его отдельные части (шпиндель, суппорт, задняя бабка) должны обладать достаточной жесткостью, а вращающиеся части должны быть тщательно уравновешены.

Мощность токарного станка для скоростного резания должна быть большей, так как, чем выше скорость резания, тем большая требуется мощность электродвигателя.

Этим требованиям удовлетворяют станки, выпускаемые отечественной станкостроительной промышленностью, например то-карно-винторезный станок 1А62, подробно нами рассмотренный, станок 1К62 и др.

Однако для высокопроизводительного резания можно в ряде случаев применять токарные станки старых моделей, имеющиеся на заводах, с некоторой переделкой их основных узлов.

Такая переделка станков называется модернизацией .

Переделка существующих станков под высокопроизводительное резание в одних случаях сводится главным образом к увеличению чисел оборотов шпинделя и замене имеющегося электродвигателя более мощным; в других же случаях требуется более сложная переделка, например, приходится изменять устройство фрикционной муфты, главного привода, добавлять устройства для принудительной смазки шпинделя, усиливать отдельные звенья станка и т. д.

Увеличение числа оборотов шпинделя является одним из широко применяемых мероприятий при переводе станков на скоростное резание и достигается изменением диаметров существующих шкивов. Одновременно заменяют также электродвигатель более мощным. Плоскоременную передачу от электродвигателя к станку заменяют клиноременной (см. рис. 2, б). Такая передача позволяет получить, не меняя ширины шкива, требуемую повышенную мощность и более высокое передаточное отношение.

Станки, переводимые на скоростную обработку, должны быть тщательно проверены, а в случае необходимости отремонтированы. При ремонте следует обращать внимание на подшипники передней бабки, фрикционную муфту, суппорт и др. Подшипники шпинделя должны быть тщательно отрегулированы, зазоры в подвижных частях суппорта устранены путем подтяжки клиньев. Фрикционная муфта должна быть проверена, а в случае необходимости соответственно усилена. Станок должен быть всегда хорошо смазан, особенно его коробка скоростей.

Прочная установка станка на фундаменте является необходимым условием для избежания вибраций, в особенности для станков с неуравновешенными вращающимися частями.

Контрольные вопросы 1. Расскажите о порядке выбора глубины резания и подачи.
2. Выберите скорость резания при точении конструкционной стали σ b = 75 кг/мм² при глубине резания t - 3 мм твердосплавным резцом Т15К6, пользуясь табл. 6, принимая подачу s = 0,2 мм/об.
3. Выберите скорость резания при точении σ b = 50-60 кг/мм² при глубине резания t = 2 мм твердосплавным резцом Т5К10 при подаче s = 0,25 мм/об.
4. Выберите скорость резания при точении легированной стали σ b = 100 кг/мм² при глубине резания t = 1 мм твердосплавным резцом Т30К4 при подаче s = 0,15 мм/об и при стойкости резца в 30 мин.
5. Каким основным требованиям должен удовлетворять токарный станок для скоростного резания?
6. Что называется модернизацией станка?
7. Перечислите основные пути, модернизации существующих станков для скоростного резания.