27. Суть понятия «оптимальный геометрический параметр лезвия». Сравнить величины оптимальных задних углов чернового и чистового резца.

Понятие об оптимальной геометрии инструментов. На интенсивность изнашивания контактных площадок инструмента большое влияние оказывает форма его режущей части и величины углов заточки, т.е. его геометрические параметры. Изменение их влечет за собой изменение периода стойкости инструмента, сил резания, шероховатости обработанной поверхности и т.д. В зависимости от цели, которую ставит перед собой исследователь или технолог (минимализация сил резания или шероховатости обработанной поверхности, обеспечение максимально возможных в данных условиях периода стойкости инструмента и производительности обработки и т.д.), используют различные сочетания углов заточки инструмента. На практике при совершенствовании геометрии инструмента стремятся обеспечить наибольшие период его стойкости и допустимую скорость резания. Обращают внимание и на обеспечение требуемых производительности обработки и качества обработанной поверхности. Возможны и другие направления оптимизации процесса обработки, когда решающую роль играет, например, шероховатость обработанной поверхности, а все другие показатели являются второстепенными. Выбор заднего угла а. Задний угол обеспечивает уменьшение трения задней поверхности режущего инструмента об обработанную поверхность. Поэтому с увеличением угла а до каких-то определенных пределов условия резания улучшаются. Однако увеличение а приводит к уменьшению угла заострения, в результате чего ухудшаются условия теплоотвода и интенсифицируется изнашивание. Для практических целей при обработке сталей рекомендуются следующие величины задних углов: а = 8° для черновых резцов при S > 0,3 мм/об; а = 12° для чистовых резцов при S < 0,3 мм/об. Величины задних углов при обработке чугунов несколько меньше, чем при обработке сталей. Выбор переднего угла у. Как известно, чем больше передний угол у, тем легче протекает процесс резания, т.е. тем меньше силы и температура резания, деформация срезаемого слоя, а следовательно, выше период стойкости режущего инструмента. Однако следует учитывать, что с увеличением угла у уменьшается угол заострения В, вследствие чего ухудшается отвод теплоты. Передний угол должен быть тем больше, чем меньше твердость и прочность обрабатываемого материала и больше его пластичность. Для инструментов из быстрорежущей стали при обработке мягких сталей угол у равен 20...30°, сталей средней твердости — 12...15°, чугуна — 5...15°, алюминия — 30...40°. У твердосплавного инструмента передний угол делается меньшим, а иногда даже отрицательным в силу того, что этот инструментальный материал менее прочный, чем быстрорежущая сталь. Однако уменьшение у приводит к росту сил резания. Поэтому как в твердосплавных, так и в быстрорежущих инструментах широко используют положительно заточенную переднюю поверхность с отрицательной фаской вблизи режущей кромки. Фаска способствует повышению прочности режущей кромки, а положительный передний угол уменьшает уровень сил резания. Выбор главного угла в плане ср. При постоянных значениях S и t изменение угла приводит к изменению ширины и толщины срезаемого слоя. Чем меньше ср, тем больше ширина среза и угол Е и лучше отвод теплоты. Иными словами: малые углы ср способствуют увеличению периода стойкости инструмента. Для увеличения периода стойкости инструмента надо стремиться к уменьшению угла ср. Однако чрезмерное его уменьшение оказывается вредным, так как при этом наблюдается резкое возрастание радиальной составляющей Рy силы резания и увеличение вибраций. При обработке нежестких деталей для уменьшения радиальной составляющей Ру главный угол в плане следует увеличивать до 90°. Главный угол в плане влияет также на шероховатость обработанной поверхности, поэтому при чистовой обработке рекомендуется использовать меньшие значения ср. Выбор вспомогательного угла в плане. Выбор преследует цель уменьшения трения вспомогательной задней поверхности инструмента об обработанную поверхность. Однако чем больше угол, тем выше остаточные гребешки на обработанной поверхности. Кроме того, уменьшается угол при вершине, а следовательно, хуже отводится теплота.

28. Методика выбора оптимального режима при однолезвийной обработке. Критерии оптимальности чернового и чистового резания.

Наряду с выбором оптимальной геометрии инструмента важное значение имеет выбор оптимального режима резания (оптимальность оценивается различными критериями). Наиболее распространенные: максимальная производительность, наименьшая себестоимость операций, минимальные расходы на эксплуатацию режущего инструмента. Показатель наибольшей производительности оборудования при определенных условиях обеспечивает достижение максимальной выработки рабочего. Он применяется, в частности, при ликвидации узких мест, когда экономия «живого» труда имеет наибольшее значение. Производительность оборудования можно выразить количеством деталей, обработанных за единицу времени.

Изменение режимов резания оказывает влияние не только на основное время, но и на время обслуживания рабочего места; оно включает время на смену инструмента вследствие его затупления, на регулирование и подналадку станка и др. Зависит время обслуживания от интенсивности изнашивания инструмента и других параметров, непосредственно связанных с режимами резания. Таким образом, скорость резания, обеспечивающая максимальную производительность, зависит от продолжительности смены и подналадки инструмента. В случае обработки деталей на универсальном оборудовании время смены инструмента, его настройки на размер и подналадки составляет до 5...6 мин. В случае же использования гибких производственных систем настройка инструмента на размер осуществляется вне станка, параллельно с обработкой деталей. Само же время установки в магазине, а затем в шпинделе станка составляет от минуты до нескольких секунд. Другой критерий оптимальности — это показатель затрат на эксплуатацию инструмента. Он используется в тех случаях, когда возникает необходимость экономии дефицитного режущего инструмента, замена которого по тем или иным причинам нежелательна. Этот критерий предполагает наличие минимума стоимости инструмента, отнесенной к одной детали. Стоимость эксплуатации режущего инструмента, отнесенная к одной детали— затраты, связанные с изготовлением и эксплуатацией режущего инструмента за период его стойкости. Очевидно, что чем больше период стойкости режущего инструмента, тем меньше расходы на его эксплуатацию. Однако для каждого вида обработки, обрабатываемого и инструментального материалов существует максимально достижимое значение стойкости. В этом случае период стойкости инструментов и скорость резания, обеспечивающие наименьшие расходы на их эксплуатацию. Режимы резания, обеспечивающие наибольшую производительность, отличаются от режимов резания, обеспечивающих наименьшую себестоимость обработки. Элементы заводской себестоимости условно делятся на элементы, значения которых изменяются в зависимости от режимов резания и стойкости режущего инструмента (переменная часть себестоимости), и элементы, значения которых не зависят от применяемых режимов резания (для конкретной детали принимаются постоянными). Таким образом, при ступенчатом регулировании режимов резания на станке возможны случаи, когда оптимумы по нескольким критериям обеспечиваются при одном и том же режиме резания. Анализ различных критериев оптимальности показывает, что критерий наименьшей себестоимости имеет ограниченное значение для определения нормативных периодов стойкости. Это связано с тем, что для каждого типоразмера инструмента значение существенно изменяется в зависимости от общего количества переточек и точности, с которой могут быть заданы величины, входящие в выражение. Определение оптимальных режимов резания затруднено в связи с отсутствием достоверных сведений о значениях многочисленных физических параметров процесса резания. В традиционно используемых эмпирических зависимостях значения показателей степени и коэффициентов достаточно точны только для тех условий обработки, в которых они были определены. Эти данные в большинстве случаев не отражают непрерывного совершенствования свойств обрабатываемого и инструментального материалов, возросших возможностей металлорежущих станков и инструментов. В общем случае оптимальным при обработке деталей на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах можно считать любой период стойкости инструмента в диапазоне, соответствующем минимуму себестоимости и максимуму производительности. Однако чем выше стоимость оборудования, тем период стойкости должен быть ближе к соответствующему максимуму производительности. Возрастание периодов стойкости режущих инструментов в современных условиях менее эффективно, чем рост режимов резания и производительности обработки. Действительно, повышение стойкости инструмента на 50 % снижает затраты только на 1 %, тогда как увеличение режимов резания на 20 % обеспечивает снижение затрат на 15 %. Правильный выбор режимов резания на станках с ЧПУ или адаптивными системами имеет большое значение, учитывая высокую стоимость такого оборудования. В условиях автоматизированного производства важно знать, при каких режимах до затупления инструмента будет обработано максимальное количество деталей или обеспечена максимальная площадь обработанной поверхности при заданной глубине резания. Поэтому критериями оптимальности режима резания служат максимальное значение площади обработанной поверхности (для чистовой обработки) и максимальное значение объема снятого металла (для черновой обработки) за период стойкости при одновременной оптимизации по скорости, подаче и глубине резания. Принятые критерии обеспечивают максимальную производительность обработки за период стойкости инструмента.