Подача глубина резания. Расчет скоростей при токарной обработке. Kv зависит от

На предприятиях, в составе которых есть подразделения, занимающиеся поверхностной обработкой заготовок, на основе нормативных документов составляются специальные карты, которыми руководствуется оператор при изготовлении той или иной детали. Хотя в некоторых случаях (к примеру, новое оборудование, инструмент) нюансы технологических операций фрезеровщику приходится определять самостоятельно. Если маломощный станок эксплуатируется в домашних условиях, тем более, никаких официальных подсказок под рукой, как правило, нет.

Эта статья поможет не только понять, на основе чего производится расчет режима резания при фрезеровании и выбор соответствующего инструмента, но и дает практические рекомендации, которые достаточны для обработки деталей на бытовом уровне.

Тем, кто по большей степени связан с металлами, для более детального ознакомления с нюансами фрезерования стоит обратиться к учебнику «Металлорежущие станки» – 2003 года, Черпаков Б.И., Альперович Т.А. Порядок расчета режимов резания также хорошо изложен в различных пособиях. Например, в методических рекомендациях от 2000 года (МГАУ – Колокатов А.М., Баграмов Л.Г.).

Особенность фрезерования в том, что режущие кромки вступают в прямой контакт с материалом лишь периодически. Как следствие – вибрации, ударные нагрузки и повышенный износ фрез. Наиболее эффективным режимом считается такой, при котором оптимально сочетаются следующие параметры – глубина, подача и скорость резания без ухудшения точности и качества обработки. Именно это позволяет существенно снизить стоимость технологической операции и повысить производительность.

Предусмотреть буквально все нюансы фрезерования невозможно. Заготовки, подлежащие обработке, отличаются структурой, габаритами и формой; режущие инструменты – своей геометрией, конструктивным исполнением, наличием/отсутствием защитного слоя и тому подобное. Все, что изложено по режимам резания далее, следует рассматривать всего лишь как некий ориентир. Для уточнения конкретных параметров фрезерования следует пользоваться специальными таблицами и справочными данными.

Выбор инструмента

Главным образом это относится к его диаметру. В чем особенность подбора фрезы () по этому параметру?

• Повышение диаметра автоматически приводит к увеличению стоимости инструмента.
• Взаимозависимость двух показателей – если подача возрастает, то скорость резания падает, так как она ограничивается структурой обрабатываемой детали (см. ниже).

Оптимальным считается такой диаметр фрезы, при котором его величина соответствует (или немного больше) требуемой глубине резания. В некоторых случаях за 1 проход можно выбрать стружку и более толстую, но это относится лишь к материалам, характеризующимся невысокой плотностью. Например, пенопласт или некоторые породы древесины.

Скорость резания

В зависимости от материала образца можно ориентироваться на следующие показатели (м/мин):

• древесина, термопласты – 300 – 500;
• ПВХ – 100 – 250;
• нержавейка – 45 – 95;
• бронза – 90 – 150;
• латунь – 130 – 320;
• бакелит – 40 – 110;
• алюминий и его сплавы – 200 – 420.

Частота вращения фрезы

Простейшая формула выглядит так:

N (число оборотов) = 1000 Vc (желаемая скорость реза) / π D (диаметр фрезы).

Гонять шпиндель на максимальных оборотах с точки зрения безопасности не следует. Значит, только за счет этого скорость резания уменьшится примерно на 10 – 15%. Частично компенсировать эту «потерю» можно установкой фрезы большего диаметра. Этим скорость несколько повышается. Если подходящей под рукой нет, придется решать – тратить деньги на новый инструмент или довольствоваться теми возможностями, которые имеются у фрезерного станка. Опять-таки, все это проверяется лишь практикой работы на конкретном оборудовании, но общий смысл рекомендации понятен.

Подача

На этот параметре фрезерования следует обратить пристальное внимание!

Долговечность фрезы и качество обработки заготовки зависят от того, какой толщины слой снимается за одну проходку, то есть при каждом обороте шпинделя. В этом случае говорят о подаче на 1 (2,3) зуба, в зависимости от разновидности инструмента (фреза одно- , двух- или трехзаходная).

Рекомендуемые значения подачи «на зуб» указываются производителем инструмента. Фрезеровщик по этому пункту режима резания сталкивается с трудностями, если работает с фрезами «made in China» или какого-то сомнительного (неизвестного) происхождения. В большинстве случаев можно ориентироваться на диапазон подачи (мм) 0,1 – 0,25. Такой режим подходит практически для всех распространенных материалов, подвергающихся обработке фрезерованием. В процессе реза станет понятно, достаточно или несколько «прибавить» (но не раньше, чем после 1-го захода). А вот менее 0,1 пробовать не стоит, разве только при выполнении ювелирной работы с помощью микрофрез.

Начинать фрезерование следует с минимальной подачи – 0,1. В процессе станет понятно, насколько податлив обрабатываемый материал перед конкретной фрезой. Это исключит вероятность слома режущей кромки (зуба) и позволит поставить возможностям станка и инструмента точный «диагноз», особенно если это «чужое» оборудование.

• Превышение значения оптимальной подачи чревато повышением температуры в рабочей области, образованием толстой стружки и быстрой поломкой фрезы. Для инструмента диаметром свыше 3 мм начинать следует с 0,15, не более
• Если скорость фрезерования детали повысить за счет оптимального использования возможностей оборудования не получается, можно попробовать установить фрезу двухзаходную.
• При выборе инструмента нужно учитывать, что увеличение длины режущей части приводит к снижению подачи и увеличению вибраций.
• Не следует стремиться повысить скорость обработки за счет замены фрезы на аналогичную, но с большим количеством зубьев. Стружка от такого инструмента отводится хуже, поэтому часто приводит к тому, что качество фрезерования резко снижается. В некоторых случаях, при полной забивке канавок, фреза начинает работать «вхолостую». Толку от такой замены никакого.

Вывод

Качественного фрезерования можно добиться только опытным путем. Конкретные станок + инструмент + практический опыт, навыки. Поэтому не стоит слепо доверять даже табличным данным. Например, в них не учитывается степень износа фрезы, с которой предстоит работать. Не нужно бояться экспериментировать, но начинать всегда следует с минимального значения параметров. Когда мастер «почувствует» и станок, и фрезу, и обрабатываемый материал, он сам определит, в каком режиме стоит работать.

При токарной обработке с заготовки за определенное число проходов снимается лишний металл, называемый припуском. В результате получается изделие заданной формы с требуемыми размерами и классом шероховатости поверхностей. В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.

Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые - это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.

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.

Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые - это:

• производительность оборудования;
• качественные показатели производства;
• стоимость выпускаемых изделий;
• износ оборудования;
• стойкость инструмента;
• безопасность труда.

Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.

Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.

При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.

Глубина

Припуск — это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.

При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:

где t – глубина резания; D — диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.

При операциях подрезки - это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке - глубина канавки.

В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.

Подача

Подача при токарной обработке - это длина пути при поперечном перемещении режущей кромки резца, совершаемом ей за единичный оборот шпинделя. Ее измеряют в мм/об, в технологической документации обозначают буквой S и подбирают по технологическим справочникам. Величина подачи зависит от мощности главного привода, значения t, габаритов и физических свойств обрабатываемой заготовки. При точении она рассчитывается по формуле:

S=(0,05…0,25) ×t,

Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.

При операции точения подача на токарном станке должна устанавливаться на максимально возможное число, но с учетом технологических параметров станка и применяемого инструмента. При операциях по черновому точению она зависит от мощности главного привода и устойчивости детали. А при чистовом точении основным критерием является заданный класс шероховатость поверхности.

Скорость

Скорость резания при токарной обработке - это суммарная траектория режущей кромки резца за единицу времени. Ее размерность - в м/мин, а в таблицах и расчетах ее обозначают буквой v и подбирают по технологической документации или рассчитывают по формулам. В последнем случае расчет происходит в следующей последовательности:

• вычисляется величина t;
• по справочнику выбирается значение S;
• определяется табличное значение vт;
• рассчитывается уточненное значение vут (умножением на корректирующие коэффициенты);
• с учетом скорости вращения шпинделя выбирается фактическое значение vф.

Этот параметр является одной из основных характеристик производительности металлорежущего оборудования и напрямую влияет на эксплуатационные режимы работы токарного станка, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности.

Выбор режима на практике

Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:

• снижение точности оборудования в результате износа;
• отклонения в геометрических размерах и физических характеристиках заготовки.
• несоответствие характеристик материала расчетным.

Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса - это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:

• единичное изготовление без операционной карты;
• определение точности работы токарного оборудования перед запуском партии;
• работа с неполноценными заготовками (брак и неточность размеров);
• обточка литейных и кованых заготовок, не прошедших предварительную обдирку;
• запуск в производство изделий из новых материалов.

При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.

Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки - самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.

Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.

Обработка нержавейки ведется на повышенных оборотах при уменьшенной подаче. Высокая вязкость этого материала способствует созданию непрерывной вьющейся стружки.

Для решения этой проблемы применяют резцы со стружколомом. Для отвода тепла и смазки обрабатываемой поверхности в рабочую зону подается специальная СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) на основе олеиновой кислоты. Это уменьшает нагрев заготовки и снижает износ резца. В последнее время все чаще применяют современные методы, которые также уменьшают износ инструмента: направление в рабочую зону ультразвуковых волн и подвод к металлу слаботочных импульсов.

Вычисление скорости резания

Время точения металла (tосн, основное время) - самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции - обточки цилиндрической поверхности.

Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:

v = π×D×n/1000,

где D - диаметр заготовки в мм; n - скорость шпинделя в об/мин.

Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:

n = 1000×v/π×D.

На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции.

Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:

где D — диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.

После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ - табличное значение скорости резания.

Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.

Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:

v ут = v т ×К1×К2×К3×К4×К5,

где v ут — уточненная скорость резания; K1 — коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 — коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 — коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 — коэффициент, зависящий от материала резца; K5 — коэффициент, зависящий от геометрии обработки.

После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:

n ут = 1000×vут/π×D.

Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.

На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания v ф:

v ф = π×D×n ут /1000.

V ф напрямую связана с мощностью главного двигателя станка. Поэтому она является основным параметром при выборе конкретного типа токарного станка для обработки требуемой детали.

При обработке заготовки на токарном станке необходимы движения формообразования, т. е. обрабатываемая заготовка и режущий инструмент должны совершать определенные дви­жения. Эти движения подразделяются на основные, служащие для осуществления процесса резания, и вспомогательные, не участвующие непосредственно в процессе резания. Основными являются движения резания (вращение шпинделя станка с закрепленной на нем заготовкой) и подачи (продольное или по­перечное перемещение режущего инструмента, жестко закреп­ленного в резцедержателе станка). Процесс обработки на то­карном станке определяется режимом резания.

Глубина резания t, мм, - толщина стружки, срезаемой за

один проход, измерен­ная в направлении, пер­пендикулярном обраба­тываемой поверхности (рис. 91, а).. При наружном про­дольном точении

где D - диаметр заго­товки, мм; d - диа­метр обработанной по­верхности, мм.

Рис.91.Элементы режима резания при точении

Скорость резания v, м/мин - перемещение в единицу времени про­извольной точки, взя­той на активной части

главной режущей кромки, относительно обрабатываемой поверх­ности заготовки. Так как обрабатываемая поверхность имеет различные диаметры, то скорость резания в различных точках активной части главной режущей кромки является величиной переменной (рис. 91, б). Максимальная скорость

где D - наибольший диаметр, обрабатываемой поверхности, мм; n - частота вращения шпинделя, об/мин.

При продольном точении скорость резания имеет постоянную величину на протяжении всего времени резания. При подрезке торца, когда резец движется от периферии заготовки к центру, скорость резания переменна и равна нулю в центре заготовки.

Подача - перемещение режущей кромки инструмента относи­тельно обработанной поверхности заготовки в единицу времени. При токарной обработке различают оборотную подачу S 0 , мм/об, т. е. перемещение режущей кромки инструмента за один оборот заготовки и минутную подачу S, мм/мин, т. е. перемещение за 1 мин. При этом S = S 0 n.

Значения t, v и S, зависящие от условий обработки, физико-механических характеристик материала заготовки, материала ре­жущей части инструмента, вида обработки и жесткости, приве­дены в справочной литературе.

На обработку точением на станках токарной группы приходится большинство технологических операций при обработке тел вращения. Для получения качественного результата при минимальных затратах рассчитываются и назначаются режимы резания.

Оптимальные режимы резания влияют на целостность и продолжительность работы режущего инструмента, а также на кинематические, динамические характеристики станков.

Характеристика режимов резания

Необходимые технологические параметры, используемые при токарной обработке металлов, берут свое начало в теории резания. Основные ее положения применяются конструкторами при проектировании режущих инструментов, металлорежущих станков и приспособлений.

Требуемые режимы обработки точением можно получить двумя способами. В первом случае режимы назначаются, для чего используются табличные данные. Данные регистрировались на протяжении длительного времени на разных этапах обработки различным инструментом.

Во втором случае режимы резания рассчитываются по эмпирическим формулам. Этот способ называется аналитическим методом. Считается, что аналитический метод дает более точные результаты в отличие от назначенных параметров.

На сегодняшний день разработчики программного обеспечения предлагают множество программ для расчета режимов обработки. Достаточно ввести в поля известные данные и программа самостоятельно выполнит расчеты и выдаст результат. Это значительно упрощает работу и снижает ее продолжительность.

Для изготовления детали с заданными размерами и необходимой чистотой поверхности необходим чертеж. На его основе разрабатывается технологический процесс обработки с подбором необходимого оборудования и инструмента.

Инструмент для точения: классификация

От качества и надежности токарных резцов в значительной степени зависит точность получаемых размеров и производительность обработки. Они должны обеспечивать:

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);
• минералокерамические;
• алмазы.

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.

Схема расчета режимов

Расчет режимов резания при точении наружной цилиндрической поверхности по обыкновению ведут с определения удаляемого слоя. Глубина резания – это срезаемый слой металла за один рабочий проход. Определяется по формуле:

t = (D 1 - D 2)/2,

где D 1 – исходный размер, D 2 – получаемый размер.

Расчет глубины резания начинается после определения типа обработки. Черновым точением удаляется 60% припуска, свыше 2 мм. Получистовым точением удаляется 30% 1- 1,5 мм. А оставшиеся 10% 0,4- 0,8 мм остаются на чистовую обработку.

Подача – это расстояние, которое проходит инструмент за один оборот обрабатываемой заготовки. Для увеличения производительности подачи подбираются максимальными исходя из:

• твердости пластины;
• мощности привода;
• жесткости системы СПИД.

На машиностроительных предприятиях подачи назначаются из таблиц. Так, для чернового точения твердых материалов подача не превышает 1,5 мм/об, а для мягких материалов не более 2,4 мм/об. Для получистового точения подача не превышает 1,0 мм/об.

От чистового точения во многом зависит шероховатость поверхности, поэтому максимальным значением будет S max = 0.25 мм/об. При обработке изделий с ударными нагрузками назначенное значение подачи умножается на понижающий коэффициент 0,85.

Скорость резания при токарной обработке вычисляется по формуле:

V=Cv/(T¹ t² s³)·Kv

где Сv - коэффициент, применяемый к обрабатываемому материалу заготовки и инструменту, 1 (x), 2 (y), 3 (m) – показатели степеней, Т - стойкость инструмента, Kv - поправочный коэффициент резания.

Kv зависит от:

• качества обрабатываемого материала;
• материала режущей пластины инструмента;
• поверхностного слоя заготовки.

После получения расчетного значения скорости резания определяется число оборотов шпинделя станка по формуле: n = (1000· V)/(π· D)

Полученное значение количества оборотов необходимо подобрать из стандартного ряда для станка, на котором производится обработка. Оно не должно отличаться от станочной сетки больше, чем на 5%. После чего производится уточнение скорости резания.

N э = (Pz · V)/(1020 · 60)

где Pz – тангенциальная сила резания, максимальная нагрузка при точении.

Pz = 10·Cp·t¹·s²·V³·Kp

После определения необходимой мощности рассчитывается потребная мощность станка:

где µ - КПД станка, закладывается заводом-изготовителем.

Итоговое значение мощности должно быть меньше мощности электродвигателя главного движения. Это означает, что принятые и рассчитанные значения верны. В противном случае подачу и глубину резания необходимо уменьшить или подбирать станок необходимой мощности.

К основным элементам режима резания относят глубину, подачу и скорость резания. Рассмотрим схему резания при точении на примере обтачивания цилиндрической поверхности на токарном станке.

Глубина резания

t – глубина резания, величина снимаемого слоя металла, измеряемая перпендикулярно к обработанной поверхности и снимаемая за один проход режущего инструмента:

где D заг – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

d – диаметр обработанной поверхности, мм;

Глубина резания t принимается обычно равной припуску. При чистовом проходе t должна быть не более 1…2 мм.

Рисунок 4.1 – Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

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 S пр = (0,20…0,25) мм/об. Высокая чистота получается при работе на S пр = 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 .

Скорость резания

V – скорость резания, путь перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущей кромки резца в единицу времени, м/мин.

М/мин, м/с,

n – число оборотов заготовки/мин.

Если главное движение возвратно–поступательное, (например строгание), а скорости рабочего и холостого ходов различны, то скорость резания в м/мин находят по следующей зависимости

V = Lm(К=1)/1000,

где L – расчетная длина хода инструмента;
m – число двойных ходов инструмента в мин;
К – коэффициент показывающий отношение скоростей рабочего и холостого ходов.

Для повышения производительности процесса обработки V резания должна быть наибольшей. Однако, скорость резания ограничивается стойкостью режущей кромки инструмента, т.е.

где Т – стойкость инструмента, т.е. способность сохранять в рабочем состоянии режущие кромки (до достижения критического критерия затупления h зкр);

С v – коэффициент учитывающий конкретные условия обработки: физико-механические свойства обрабатываемого материала, качество поверхности заготовки, углы резца, условия охлаждения и т.д.;

х y и y v – показатели степени при глубине резания t и подаче S, точно также как и С v указаны в нормативных справочниках по резанию. Для определения оптимальной скорости резания нужен экономический анализ, необходимо выяснить, что выгоднее – повышение скорости резания или повышение стойкости инструмента. Например, расчетами или опытами выявлено, что при скоростях резания

Анализируя эти результаты можно отметить, что увеличение скорости резания на 25% приводит к снижению стойкости резца почти в три раза. Поэтому нужно учитывать, что по времени выгоднее – увеличение скорости или сохранение стойкости? В справочниках имеются рекомендуемые скорости резания V для данных конкретных условий обработки. При назначении V учитывают ее влияние на шероховатость поверхности, которая оказывает существенное влияние на износостойкость рабочих поверхностей детали, ее усталостную и коррозионную стойкость, а также на коэффициент полезного действия машин.

Шероховатость – один из показателей качества поверхности оценивается высотой, формой, направлением неровностей, включающая выступы и впадины на поверхности деталей, характеризующиеся малыми шагами т.е.

Она характеризуется тремя высотными параметрами R a , R r , R max двумя шаговыми S m , S и относительной опорной длиной t р.

На шероховатость влияют режим резания, геометрия инструмента, вибрации, физико-механические свойства материала заготовки.

По современным представлениям сила трения F т включает силу молекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей и силу сопротивления их перемещению вследствие зацепления неровностей.

При благоприятном профиле износостойкость детали выше за счет меньшей величины контактных напряжений. Необходимо иметь ввиду, что усталостные разрушения вызываются знакопеременными нагрузками и трещины при этом развиваются с поверхности, причем в местах наиболее напряженных, т.е. во впадинах, где высокая степень пластического деформирования.

Следовательно скорость резания назначается таким образом, чтобы через определенное время (период стойкости Т) резец износился до значения критерия h 3 . Так Т = 30…60 мин для резцов из быстрорежущей стали и Т max = 90 мин – для резцов с напаянными твердыми сплавами.

Пример

Для определенных условий обработки на токарно-винторезном станке модели IК62 определим значения теоретической скорости резания V т:

Значения С v = 5640 и 1500, m = 0,8, Х v = 0,55 и У v = 0,55 приняты из справочных нормативных материалов по резанию.

Необходимо отметить, что скорость резания не оказывает существенного влияния на шероховатость, как значение подачи.

По паспортным данным станка IК62 определяем фактическую скорость резания V д.

Расчетная частота вращения шпинделя , пр (для V т = 120 м/мин):

На станке V т – теоретическая скорость резания для данных условий обработки, м/мин; D з – диаметр заготовки, мм.

Машинное время обработки определяется по формуле

где l – длина заготовки, мм;

l 2 – длина перебега, по нормативным таблицам: для глубины резания

мм, l2 = 2 мм,

где d – диаметр, обработанной поверхности;

l 1 – длина врезания

где φ – главный угол в плане проходного резца, примем равным 60°.

При токарной обработке цилиндрической поверхности основное (машинное) время и элементы режима резания связаны зависимостью

где L i = l + l 1 + l 2 – путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи (l – длина обрабатываемой поверхности, мм; l 1 = t·ctgφ – величина врезания резца, мм; l 2 = 1–3 мм выход резца (перебег)), i =H/t число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку (Н – толщина удаляемого слоя металла, мм).

В целом штучное время состоит

Т шт = Т о + Т в + Т об + Т п,

где Т в – вспомогательное время необходимое для выполнения действий, связанных с подготовкой к процессу резания (подвод и отвод инструмента, установка и снятие заготовки и т.д.);

Т об – время обслуживания рабочего места, оборудования и инструмента в рабочем состоянии;

Т п – время на отдых и естественные потребности, отнесенное к одной детали.