Назначение реж.резания. При механической обработке
 Скачать 18.59 Mb.
|
|
Обоснование схемы резания при протягивании и расчет протяжки производить согласно методических указаний [3] и приложения 8. 3. ТАБЛИЧНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ 3.1. Выбор марки инструментального материала, сечения державки резца и геометрических параметров режущей части инструмента 1. Выбирают марку инструментального материала. Для токарных резцов рекомендуется применять твердые сплавы или минералокерамику, т.к. они обеспечивают значительно большую производительность обработки по сравнению с быстрорежущими сталями. Статистика показывает, что в металлообрабатывающей промышленности на долю твердосплавного инструмента приходится 70 %объема снятой стружки (табл. П.1.3, П.1.4) или [1,5–12]. 2. Выбирают форму заточки передней поверхности резца в зависимости от марки обрабатываемого материала и его прочностных свойств, жесткости технологической системы, характера выполняемой операции и необходимости завивания и дробления стружки. 3. Выбирают размеры поперечного сечения державки резца, исходя из паспортных данных станка. Выбранные размеры округляют до ближайших меньших стандартных размеров, приведенных в справочной литературе (табл. П.2.1–П.2.11). 4. Выбирают геометрические параметры режущей части инструмента (табл. П.2.1–П.2.11) или [1, 5–12]. При токарной обработке используются как резцы общего назначения (табл. П.2.1–П.2.8), так и резцы с МНП (табл. П.2.9–П.2.12). 3.2. Выбор глубины резания t и числа проходов i При выборе глубины резания необходимо стремиться снять весь припуск за один проход и лишь при повышенных классах чистоты и точности припуск снимается за два и более проходов. Например, при черновой обработке с чистотой поверхности до  мкм весь припуск следует снимать за один проход, т.е.  . При получистовой обработке  от 10 до 40 мкм припуск  мм следует снимать за один проход, т.е.  . Если же припуск более 2 мм, то обработку производят за два прохода.3.3. Выбор подачи s Подача назначается с учетом требований к шероховатости обработанной поверхности, радиуса при вершине резца r, марки обрабатываемого материала, жесткости технологической системы (табл. П.3.1–П.3.11) или [2–7]. Величина подачи уточняется по станку; берется ближайшая меньшая подача. Выбранная величина подачи проверяется по прочности пластинки твердого сплава или минералокерамики, для чего находится вертикальная составляющая силы резания Рz при выбранном режиме резания и сопоставляется с силой резания, допустимой прочностью пластинки для заданных условий обработки. Если фактическая сила Рz не превышает допустимой, то подача выбрана правильно, в противном случае выбранную подачу необходимо уменьшить. 3.4. Расчет скорости резания V Скорость резания  , м/мин: при наружном продольном и поперечном точении и растачивании рассчитывают по эмпирической формуле , (3.1)а при отрезании, прорезании и фасонном точении – по формуле  . (3.2)Среднее значение стойкости Т при одноинструментальной обработке 30–60 мин. Значения коэффициента СV показателей степени х, у и m приведены в справочной литературе [1, 4–9], (табл. П.3.12). Коэффициент КV является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки КМV, состояния поверхности КПV, материала инструмента КИV (табл. П.3.13–П.3.20). При многоинструментальной обработке и многостаночном обслуживании период стойкости увеличивают, вводя соответственно коэффициенты КТИ и КТС, угол в плане резцов Кφ и радиуса при вершине резца Кr[5–9], (табл. П.3.19). Определяют число оборотов шпинделя  , об/мин, (3.3)где D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм. Число оборотов шпинделя уточняется по станку, и рассчитывается уточненная скорость резания. 3.5. Проверка выбранного режима резания по прочности механизма подачи станка и мощности станка Для проверки выбранного режима необходимо знать составляющие сил резания, которые рассчитываются по формуле  , Н (3.4)При отрезании, прорезании и фасонном точении t– длина лезвия резца. Постоянная Ср и показатели степени х, y, п для конкретных условий обработки приведены в приложении 3 (табл. П.3.21). Поправочный коэффициент  . Численные значения этих коэффициентов приведены в приложении 3 (табл. П.3.22–П.3.24).Наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи станка, Qст сравнивается с осевой составляющей силы резания Рх  . (3.5)Если условие (3.4) не выполняется, то надо уменьшать подачу. Мощность на шпинделе станка Nшпсравнивается с мощностью процесса резания Nрез.  , (3.6)где  – мощность двигателя станка, кВт;η– КПД станка, η=0,81; Кп – коэффициент перегрузки станка.  , кВт, (3.7)где Рz – вертикальная составляющая силы резания, Н.  . (3.8)Если условие (3.5) не выполняется, то надо уменьшить скорость резания. 3.6. Расчет машинного времени Тм  , (3.9)гдеL– общая длина прохода инструмента в направлении подачи, мм; п – число оборотов заготовки в минуту; s – подача, мм/об; i – число проходов.  , (3.10)где l– длина обработанной поверхности, мм; l1– величина врезания, мм; l2 – величина выхода (перебега) резца, мм. Пример. Рассчитать наивыгоднейшие режимы резания при точении согласно рис. 2.1., а и табл. 3.1. Таблица 3.1 Исходные данные на токарную операцию
1. Выбор марки инструментального материала, конструкции и геометрии инструмента. Обрабатываемый материал – коррозионно-стойкая хромистая сталь (группа II) [7]. В качестве инструмента принимаем стандартный проходной отогнутый резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 (табл. П.1.3 и табл. П.2.1) с геометрией режущей части: φ=φ1=45º; α=10º; γ=10º; λ=0º; r=1 мм. Сечение державки Н  В= 2516 мм (табл. П.2.1 и табл. П.7.1).2. Выбор глубины резания t и числа проходов i Припуск на обработку согласно данных задания Δ= (D–d)/2=50–45=2,5 мм. Шероховатость обработанной поверхности Ra =2,5 мкм; Rz = =10 мкм, а это получистовой вид обработки. Поэтому припуск Δ возможно снять за один проход, т.е. t=Δ=2,5 мм. 3. Выбор подачи Подача, допустимая прочностью пластины твердого сплава (табл. П.3.1), s=2,6 мм/об. Подача, допустимая шероховатостью обработанной поверхности (табл. П.3.4), соответственно s=0,2–0,246 мм/об. Технологически допустимой подачей будет подача s=0,246 мм/об. Согласно паспорта станка 16К20 (табл. П.7.2) принимаем ближайшую подачу s=0,2 мм/об. 4. Расчет скорости резания V. Скорость резания рассчитывается по формуле (3.1). Рекомендуемый период стойкости Т=60 мин [9]. Значения коэффициента СV показателей степени х, у и m (табл. П.3.12): СV =350; т=0,2; х=0,15; у=0,2. Коэффициент  , где значения коэффициентов (табл. П.3.14–П. 3.19): КМV=0,75; КПV=1; КИV=1.9; КφV=1; КrV=0,94.КV= 0,75·1,0·1,9·1,0·0,94= 1,34. Скорость резания  249,5 м/мин.Число оборотов шпинделя по формуле (3.3)  1589,1 об/мин.Ближайшее число оборотов по паспорту станка п=1600 об/мин (табл. П. 7.2). Действительная скорость резания  =251,1 м/мин.5. Проверка выбранного режима по прочности механизма подачи станка и мощности станка При этом должны обеспечиваться неравенства и . Для этого необходимо подсчитать составляющие сил резания Рх и Рz.Осевая составляющая Рх подсчитывается по формуле (3.4). Постоянная Ср и показатели степени х, y, п (табл. П.3.21): Ср =339; п= -0,4; х=1,0; у=0,5. Коэффициент  . Значения составляющих Кi (табл. П.3.24): КМр=0,75; Кφр=1,0; Кγр=1,0; Кλр=1,0; Кrр=1,0.Крх= 0,75·1,0·1,0·1,0·1,0= 0,75.  31,25 Н.По станку  5884 Н (табл. П.7.2), т.е. условие выполняется.Для определения мощности резания необходимо подсчитать тангенциальную составляющую сил резания Рz формуле (3.4). Постоянная Ср и показатели степени х,y, п (табл. П.3.21): Ср =300; п=-0,15; х=1,0; у=0,75. Коэффициент  . Значения составляющих Кi (табл. П.3.24): КМр=0,75; Кφр=1,0; Кγр=1,0; Кλр=1,0; Кrр=1,0.Кр= 0,75·1,0·1,0·1,0·1,0= 0,75.  Н.Зная величину Рz подсчитываем мощность резания по формуле (3.7)  =0,6 кВт.Мощность на шпинделе станка рассчитывается по формуле (3.6)  =8,8 кВт,где = 11 кВт (табл. П.7.1);η– КПД станка, η=0,8; Кп =1 коэффициент перегрузки станка. Таким образом , т.е. 0,6<8,8 – условие выполняется.6. Расчет машинного времени Тм производится по формуле (3.9). Общая длина прохода инструмента L– по формуле (3.10).  0,63 мин.l1=2,5 мм величина врезания; l2 =0величина выхода (перебега) резца. 4. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ 4.1. Выбор марки инструментального материала, сечения державки резца и геометрических параметров режущей части инструмента 4.2. Выбор глубины резания t и числа проходов i Выбор инструментального материала, геометрических параметров режущей части инструмента и глубины резания производится так же, как и при назначении режимов резания, табличным методом. 4.3. Расчет подачи s Подача оказывает значительное влияние на силы и температуру резания, износ режущего инструмента, шероховатость обработанной поверхности, величину деформаций детали и резца [1–7]. Для достижения наибольшей производительности должна быть выбрана и наибольшая подача. Однако величина подачи может ограничиваться вышеуказанными факторами. Следовательно, для того чтобы установить величину подачи, обеспечивающей наибольшую производительность, нужно рассчитать предельные величины подач, допускаемых каждым из этих факторов, и выбрать из них наименьшую. Эта подача обеспечит одновременно наибольшую производительность и выполнение всех технологических требований. Такая подача называется наибольшей технологически допустимой подачей s0. В соответствии с изложенным величина подачи рассчитывается по следующим ограничивающим факторам: - заданной шероховатости обработанной поверхности; - прочности пластинки твердого сплава или минералокерамики; - прочности механизма подачи станка; - жесткости детали с учетом способа крепления; - прочности державки резца; - жесткости державки резца в связи с требуемой точностью обработки. 1. Определение подачи по заданной шероховатости обработанной поверхности (  ).Подача взбирается по таблицам или номограммам с учетом требований к шероховатости обработанной поверхности, радиуса при вершине резца r, марки обрабатываемого материала, жесткости технологической системы. 2. Определение подачи по прочности пластинки твердого сплава илиминералокерамики (  ).Подача, допускаемая прочностью пластинки, выбирается по таблицам с учетом толщины пластинки, глубины резания, прочности обрабатываемого материала и главного угла в плане φ. 3. Расчет подачи по прочности механизма подачи станка (  )Наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи станка, сравнивается с осевой составляющей силы резания Рх.  . (4.1) – задано в паспортных данных станка; , (4.2)где Ср – коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала и геометрии резца на силу резания Рх. хр, ур, пр – показатели степени, характеризующие влияние t, s и V на величину осевой силы Рх;  – поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемого материала.В уравнение (4.2) вводится поправочный коэффициент К  , (4.3)где  – поправочный коэффициент, учитывающий главный угол в плане φ; – поправочный коэффициент, учитывающий передний угол γ; – поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона главной режущей кромки λ; – поправочный коэффициент, учитывающий радиус при вершине резца r; – поправочный коэффициент, учитывающий износ инструмента по задней поверхности hз.Подставив формулу (4.2) в выражение (4.1) и решив это уравнение относительно подачи, получим  , мм/об. (4.4)При решении уравнения (4.4)следует иметь в виду, что скорость резания пока еще не известна, поэтому предварительно ее величину можно принять 70–100 м/мин при обработке твердосплавным инструментом углеродистых, легированных, нержавеющих и жаропрочных сталей с σв = 500–1000 МПа; при обработке жаропрочных и титановых сплавов – V= 30–50 м/мин; алюминиевых и медных сплавов - V=300–400 м/мин. 4. Расчет подачи по жесткости с учетом способа крепления. В процессе обработки под действием сил резания обрабатываемая деталь деформируется. Это приводит к изменению взаимного расположения детали и вершины резца, определяющего геометрическую форму и размеры обработанной поверхности. Деталь изгибает сила Q (рис. 4.1).  Рис. 4.1. Схема закрепления детали  , часто  , тогда   . (4.5)Стрела прогиба детали f под действием силы Q рассчитывается по уравнению  , (4.6)где f – стрела прогиба детали, мм; l– длина детали; мм; μ– коэффициент, учитывающий способ закрепления заготовки; Е – модуль упругости материала детали, МПа; I – момент инерции поперечного сечения детали;  , (4.7)где D– диаметр детали (при обработке в центрах, в патроне с задним центром) или заготовки (при работе в патроне), мм. Когда деталь закреплена в патроне μ = 3. При установке детали в центрах μ = 70. Когда один конец детали зажат в патроне, а второй поджат задним центром μ = 130. Модуль упругости материала детали Е выбирается по табл. 4.1 Таблица 4.1
Допустимая стрела прогиба детали f= 0,2–0,4 мм при черновой обработке. При получистовой обработке f = 0,1 мм. При чистовой обработке f не должна превышать 0,2 поля допуска, соответствующего данной операции. Тангенциальную силу резания Рz можно рассчитать по формуле  . (4.8)Подставив формулу (4.5) и (4.7) в выражение (4.6) и решив это уравнение относительно подачи, получаем  , мм/об. (4.9)5. Расчет подачи по прочности державки резца (рис. 4.2) Резец можно считать балкой, защемленной одним концом и нагруженной на другом тремя силами:  ,  ,  , создающими сложное напряженно-деформированное состояние в державке резца. Однако, как показывает анализ, с достаточной для практики точностью прочность резца может быть рассчитана по силе . Рис. 4.2. Схема закрепления резца  , а  , (4.10)где  – момент сопротивления;l – вылет резца;  – допускаемое напряжение на изгиб.Для прямоугольного сечения  ; (4.11)для круглого сечения  ; (4.12) ;  , откуда , мм/об. (4.13)6. Расчет подачи по жесткости державки резца(рис. 4.3)
Допустимая стрела прогиба  при черновом точении равна 0,1 мм, при получистовом и чистовом точении =0,03…0,05 мм; момент инерции для круглого сечения  , для квадратного  .Отсюда  , мм/об, (4.14)где Е – модуль упругости материала державки резца. Из найденных значений подачи по ограничивающим факторам выбираем наименьшее. Эту подачу сравниваем с рядом подач, имеющихся у данного станка, и выбираем ближайшую меньшую. Это и будет наибольшая технологически допустимая подача s0 . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
