1. Токарна обробка.

Приклад №1.

Необхідно визначити оптимальні режими різання при точінні валу (рис. 1), згідно даних приведених у таблиці 1.

Таблиця 1. – Дані для розрахунку (приклад)

Таблиця 1. Дані для розрахунку.

Діаметр заготовки D, мм	Діаметр виробу d, мм	Довжина обробки l, мм	Висота мікро нерівностей Ra, мкм	Матеріал заготовки	Тимчасовий опір на розрив σ, МПа	Твердість	Тип заготовки
128Js16	124h12	14	12,5	Сталь45	650	240	Прокат

Визначення режимів різання при обробці поверхні заготовки аналітичним методом..

1. Вибір моделі та типу верстату.

Попередньо тип та модель токарного верстату оберемо по довжині та діаметру оброблюваної заготовки, тобто по l та D ([1] ст. 7-19, 2. ст. 159-167).Остаточний вибір моделі верстату виконується після визначення потужності приводу.

Для деталі з l=110мм та D=230мм, обираємо токарно-гвинторізний верстат моделі 16К20 ([1]. таб.4-7, ст. 163) та виписуємо паспортні данні верстату:

а) число обертів шпинделя у хвилину: 12.5, 16, 20, 25, 13.5, 40, 50, 68, 80, 100, 125, 165, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000.

б) по довжині подачі мм/об (продольна): 0.05 – 2.8.

в) потужність електродвигуна N=11 кВт, η_вер=0.75.

2. Вибір різця та встановлення його характеристик.

Тип різця та його розміри вибираються в залежності від верстату на якому виконується обробка, характеру обробки, форми та потрібної жорсткості оброблюваної поверхні.

Для завдання обираємо токарний, прямий, правий, прохідний різець. Розміри державки різця обираємо в залежності від умов роботи та гнізд під різці в різцеутримачі.

Для прийнятого верстату 16К20 максимально допустимі розміри перерізу державки різця – 20×25 мм. Розміри перерізу різця обираємо по паспортним даним верстату, у нашому випадку вони дорівнюють b×h=16×25.

Матеріал ріжучої частини різця обираємо в залежності від фізико механічних властивостей оброблюваного матеріалу, стану поверхні заготовки та умов обробки.

Вибір матеріалу ріжучої частини різця виконуємо по даним ([1]. таб. 2-3, ст. 115-118) для нашої деталі матеріал ріжучої частини різця для обробки сталі обираємо твердий сплав Т15К6.

Вибір оптимальної геометрії ріжучої частини різця виконуємо ([1]. ст. 119-136).

Форму передньої грані різця обираємо в залежності від фізико механічних властивостей оброблюваного матеріалу та жорсткості системи ВПИД (верстат, пристосування, інструмент, деталь). Обираємо форму передньої грані різця – плоска. По умовам роботи приймаємо оптимальну геометрію ріжучої частини різця.

Таблиця 2. Дані для розрахунку.

α,˚	γ,˚	φ,˚	φ1,˚
8	8	45	45

Після вибору усіх параметрів різця креслимо ескіз різця з вказанням усіх кутів та розмірів.

Рисунок 2. - Ескіз токарного різця

3. Визначення глибини різання.

Глибина різання призначається в залежності від припуску на обробку. При симетричному розташуванні припуск на обробку визначається по формулі

;

де h – припуск на сторону, мм;

D – діаметр заготовки, мм;

d – діаметр виробу, мм.

Глибина різання встановлюється таким чином:

1. При припуску менше 2мм, глибина різання приймається рівна припуску на обробку t = h.

2. Якщо припуск на обробку більше 2мм – точіння відбувається за два проходи:

– перший прохід – чорнове точіння з глибиною різання ,

– другий прохід – чистове точіння здійснюється з глибиною різання .

Таким чином мм;

напівчистове точіння мм,

чорнове точіння мм.

4. Визначення розміру подачі.

Факторами визначаючими розмір подачі при чорновому точінні: жорсткість та міцність системи ВПІД; потужність приводу верстату; механічні властивості оброблюваного матеріалу; при чистовому точінні: жорсткість в системі ВПІД залишається, точність та шорсткість оброблюваної поверхні.

По таблицям, довідник, в залежності від діаметру заготовки та глибини різання обираємо розміри повздовжньої подачі ([1]. таб. 11-14, ст. 265-269).

Приймаємо розміри подачі – S = 0,8 – 1,3 мм/об (табл. 11).

Подача допустима по міцності пластини – S = 0,6∙2,6=1,56 мм/об, при товщині пластини b=6 мм (табл.13, ст. .268)

По паспорту приймаємо – S_дійсн. = 1,14 мм/об.

Подальші розрахунки ведемо по цьому значені подачі.

5. Вибір стійкості різця.

Стійкістю різця називається час його роботи між заточуванням. Стійкість різця вимірюється у хвилинах. При одноінструментальній обробці різцями, оснащеними пластинами з твердого сплаву, стійкість різця може бути до 120хв., приймаємо Т = 60 хв.

6. Визначення швидкості різання.

Швидкість різання при точінні визначається за формулами:

м/хв.

де C_v – коефіцієнт залежний від умов різання;

T – стійкість різця, хв;

t – глибина різання, мм;

S – подача, мм/об;

m, x, y – показники степенів;

K_v = Kφ_v · Kφ_1v · Kr_v · Ku_v · Km_v · Kn_v

Kφ_v – коефіцієнт враховуючий вплив головного кута в плані ([1], т. 18 ст. 271);

Kφ_1v – коефіцієнт враховуючий вплив допоміжного кута в плані ([1], т. 18 ст. 271);

Kr_v – коефіцієнт враховуючий вплив радіусу при вершині кута ([1], т. 18 ст. 271);

Ku_v – коефіцієнт враховуючий вплив матеріалу ріжучої частини різця ([1], т. 6 ст. 263);

Km_v – коефіцієнт враховуючий вплив фізико механічних властивостей оброблюваного матеріалу ([1], т. 1-4 ст. 261-263);

Kn_v – коефіцієнт враховуючий вплив стану поверхні заготовки ([1], т. 5).

Значення коефіцієнта C_v та показників степенів вибираємо по довіднику ([1] таб. 17. ст. 269). Для нашого прикладу:

Kφ_v = 1,0; Kφ_1v = 0,87; Kr_v = 0,94; Ku_v = 1; Kn_v = 0,8; C_v = 340; m = 0,2; x = 0,15; y = 0,45.

К_v=1∙0,87∙0,94∙1∙1,15∙0,8=0,75

Підставимо отриманні значення величин до формули для визначення швидкості різання:

м/хв.

7. Визначення числа обертів шпинделя верстату за хвилину.

Число обертів верстату визначаємо по формулі

,

де V_p – розрахункова швидкість різання;

D – діаметр заготовки в мм.

Для нашого прикладу об/хв.

Приймаємо фактичне найближче з менших число обертів верстата шпинделя.

n_ф = 250 об/хв.

Визначення фактичної швидкості різання за формулою

, м/хв.

м/хв.

7. Визначення складових сил різання P_z, P_y, P_x

При розрахунку сили різання P її розглядають як вектор сил діючих у різних напрямках.

P_z – дотична складова сили, яка діє у напрямку траєкторії головного робочого руху і тому вона визначає потужність та обертовий момент необхідні для процесу різання;

P_y – радіальна складова, яка направлена нормально до обробленої поверхні;

P_x – осьова складова, яка діє в напрямку подачі, механізм подачі повинен переборювати силу Р разом з силами тертя супорту по направляючим верстату.

Величина складових сил різання визначається за формулами ([1], стр.271):

P_{z, y, x} = 10∙C_p·t^Xp·S^Yp K_p;

де K_pz, K_py, K_px – сталий коефіцієнт ([1], таб. 9, 10, 23);

t – глибина різання, мм;

S – подача, мм/об;

х_pz, х_py, х_px – показники степенів при глибині різання;

y_pz, y_py, y_px – показники степенів при подачі;

С_pz; С_py; С_px – коефіцієнти, які замінюються в залежності від фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу, та геометрії різця.

Ці зміни враховуються додаванням табличних величин С´_pz; С´_py; С´_px на поправочний коефіцієнт прикладу K_mp, K_φp, K_rp, K_γp, K_λp.

де K_mp – коефіцієнт враховуючий вплив властивостей оброблюваного матеріалу;

K_φp – коефіцієнт враховуючий вплив головного кута в плані різця;

K_rp – коефіцієнт враховуючий вплив радіусу при вершині різця;

K_γp – коефіцієнт враховуючий вплив переднього кута різця;

K_λp – коефіцієнт враховуючий вплив кута нахилу вершини різця.

Коефіцієнти K_mp, K_φp, K_rp, K_γp, K_λp обираємо по [1, таб. 9, 10, 23].

Для нашого прикладу вони дорівнюють:

С_pz = 300; С_py = 243; С_px = 339; х_pz = 1,0; х_py = 0,9; х_px =1,0; y_pz = 0,75; y_py = 0,6; y_px = 0,5; K_mp = K_φp = K_rp = K_γp = K_λp = 1,0.

P_z = 300·1,5¹·1,14^0,75·0,93 = 461,7 Н;

P_y = 243·1,5^0,9·1,14^0,6·1 = 378,6 Н;

P_x = 339·1,5¹·1,14^0,5·0,82 = 445,2 Н.

7. Визначення необхідних потужностей верстату.

Необхідна потужність яка витрачається на різання, визначається по формулі:

, кВт.

Для нашої деталі

кВт.

Необхідна потужність приводу верстату

, η = 0,75÷0,85.

Величина к.к.д. береться по паспорту верстату і для моделі 16К20 η = 0,75.

кВт.

Підрахував значення N_np співвідносимо його з потужністю двигуна при цьому повинна виконуватись нерівність N_ел.дв > N_np

11 кВт > 0,56 кВт.

10. Визначення основного технологічного часу.

Основний час – це час на протязі якого відбувається зняття стружки, тобто відбувається зміна форми, розмірів, та зовнішнього вигляду деталі. До основного часу входить час, який затрачено на врізання та перебіг ріжучого інструменту, тому під час підрахунків основного часу розрахункова довжина обробки приймається з урахуванням цих величин. Основний технологічний час визначається по формулі

де

L – довжина проходу різця, мм;

n – число обертів шпинделя, хв;

S – подача інструменту, мм/об;

i – кількість проходів

t – глибина різання, мм;

h – припуск на обробку, мм.

Визначення виражає число проходів необхідних для зняття припуску при визначеному виді обробки (чорновий, чистовий).

Довжина проходу різця L = l + l₁ + l₂

де l – довжина обробки, чи обробленої поверхні деталі, мм. Для нашого прикладу l = 14 мм.

l₁ – величина врізання, l₁ = 3 мм.

l₂ – величина перебігу, l₂ = 2 мм.

L = 14 + 2 + 3 = 19 мм.

В даному прикладі розмір припуску при чорновій обробці знімається за один прохід, тому і < 1.

хв.

Визначення режимів різання при обробці поверхні заготовки табличним методом.

Розрахунок виконуємо по довідникам [3] та [4], данні заносимо в таблицю 3.

Таблиця 3. Розрахунок режимів різання табличним методом.

№ н/п	Послідовність визначення режимів різання	Розрахункові формули та нормативи	Данні
1	Визначення глибини різання	, чорнове точіння відбувається з глибиною: мм, чистове точіння відбувається з глибиною: мм.	t – глибина різання; h – припуск на обробку. h=2 мм; tчор=1,5мм; tчис=0,5мм.
2	Розрахунок довжини робочого ходу супорту	([3]. дод.3, ст.300) =14+1+2=17 мм	Lріз – довжина різання, Lріз=14мм; y – підвід, врізання та перебіг інструменту, y=1мм; Lдод –додаткова довжина ходу, Lдод=2мм.
3	Призначення подачі супорту на оберт шпинделя So, мм/об.	а.) Визначення рекомендуємої подачі по нормативам; б.) Уточнення подачі по паспорту верстату; ([3] карта Т-2, ст.23) So=0,6 мм/об.	Матеріал заготовки сталь45 Вид інструменту – твердий сплав Глибина різання Точність обробки IT12 Чистота поверхні Ra=12,5 мкм.
4	Визначення стійкості інструменту по нормативам Т, хв.	([3] карта Т-3, ст. .26-27) Т=Тм×λ= Тм× =50 хв, при λ>0,7.	Коефіцієнт часу різання λ, λ=0,8.
5	Розрахунок швидкості різання V, м/хв, та числа обертів n, об/хв.	а.) Визначення рекомендуємої швидкості різання по нормативам ([3]. карта Т-4, ст.29-34) К1=0,75 стр.32 К2=1,55 стр.33 К3=1 стр.34 Vтаб=110 м/хв. стр.30 Vчер = Vтаб.чер×К1×К2×К3 = 110×0,7×1,55×1 = 127,8 м/хв; б.) Розрахунок рекомендуємого числа обертів шпинделя ; об/хв; в.) Уточнення числа обертів шпинделя верстату по паспорту; nчерн=315 об/хв. г.) Уточнення швидкості різання по прийнятому числу обертів шпинделя. Vф.чер=126,6 м/хв.	Вид інструменту та інструментального матеріалу Т15К6 16×25×140×45о ГОСТ 18878-73 Матеріал заготовки та його твердість сталь45 твердість 240 НВ; Глибина різання, подача, кут в плані φ і прийнята стійкість інструменту Т.
6	Розрахунок основного часу обробки tхв, хв.		Довжина робочого ходу супорту; Прийнята подача So; Число обертів шпинделя n.

Розрахунок оптимальних режимів різання при обробці заготовки на токарному верстаті с ЧПК.

Умови задачі не змінюються.

1. Вибір типа та моделі верстата

Попередньо тип та модель токарного верстата з ЧПК обираємо по довжині та діаметру, оброблюваної заготовки ([1]. ст.16). Верстат 16К20Ф3.

Потужність електродвигуна Nел.дв=10 кВт.

2. Вибір операції та базування заготовки. Вибір стадії обробки ([5]. карта 1) визначаємо стадії обробки для отримання необхідних розмірів деталі.

Квалітет заготовки 16.

Стадії – чорнова.

Квалітет деталі 12.

3. Вибір глибини різання ([5]. карта 2, ст. 37).

Для D = 128 мм, та квалітету деталі 14, глибина різання t = 2 мм – для чорнової обробки.

4. Вибір різця та встановлення його характеристик.

Обираємо переріз державки різця В×Н = 20×20 мм.

Матеріал ріжучої частини різця для обробки сталі твердий сплав Т15К6.

Вибір оптимальної геометрії ріжучої частини різця ([1]. ст. 119-136). Для обробки на верстаті з ЧПК використовуємо токарний збірний різець прохідний з механічним кріпленням твердосплавних пластин клином.

Рисунок 3. - Ескіз токарного різця з механічним кріпленням пластини прихоплювачем зверху.

1- корпус; 2- подкладка; 3- пластинка; 4- штифт; 6- гвинт;

11- прихоплювач; 12- шайба; 13- пружина.

Таблиця 4. Кути різця.

α,˚	γ,˚	φ,˚	φ1,˚
8	8	45	45

З чотирьохгранними пластинами Різець – Т15К6 – 20×20×120×45

5. Вибір подачі ([5]. карта 3, ст. 38), обираємо подачі для чорнової обробки. Обираємо поправочні коефіцієнти. Розраховані подачі для чорнової обробки перевіряємо по осьовій Р_х і радіальній Р_у. Визначаємо табличне значення відповідних сил різання ([5]. карта 32, 33), визначаємо поправочні коефіцієнти.

На чорновій стадії обробки подачу вибирають по карті 3 S_oт = 0,83 мм/об.

Вибрані значення подач коректують з урахуванням поправочних коефіцієнтів, які вибирають по карті 11 для змінних умов в залежності від:

– інструментального матеріалу К_su = 0,85;

– якості поверхні заготовки К_sn = 1,00;

– способу кріплення пластини К_sp = 1,00;

– діаметра деталі К_sd = 0,8;

– геометричних параметрів різця К_sy = 1,4;

– механічних властивостей оброблюваного матеріалу К_sm = 1,25;

– вильоту різця К_sl = 0,82.

Кінцеве значення подач для чорнової та чистової стадії знаходиться:

S_o = S_oт·К_su·К_sn·К_sp·К_sd·К_sy·К_sm·К_sl

для чорнової обробки:

S_o = 0,83·0,85·1,00·1,00·0,8·1,4·1,25·0,82 = 1,19 мм/об

Прийняте значення подачі на чорновій стадії обробки перевіряють по осьовій Р_х і радіальній Р_у, складових сили різання, які допускаються міцністю механізму:

Р_хt = 980 H; Р_ут = 390 Н.

По карті 33, поправочний коефіцієнт на сили різання для змінних умов в залежності від:

– механічних властивостей оброблюваного матеріалу К_рмх = К_рму = 0,75;

– головного кута в плані К_рхφ ≠ К_руφ; К_рхφ = 0,7; К_руφ = 2,0;

– кута нахилу кромки: К_рхλ = К_руλ = 1,0; К_рхγ = К_руγ = 1,0;

Значення складових зусилля різання Р_х та Р_у знаходимо за формулою:

Р_х = Р_хt· К_рмх·К_рхφ·К_рхγ·К_рхλ

Р_у = Р_ут· К_рму·К_руφ·К_руγ·К_руλ

З урахуванням поправочного коефіцієнта сили різання приймають наступні значення:

Р_х = 980·0,75·0,7·1·1 = 514,5 Н;

Р_у = 390·0,75·2,0·1·1 = 585 Н;

Розрахункові значення складають зусилля різання менше допустимих механізмів подач верстата в відношенні напружень [Р_х] = 8000 Н; [Р_у]_ст = 3600 Н.

6. Обираємо швидкість різання. Рекомендовані швидкості різання для чорнової обробки обираємо ([5]. карта 21, 22). Поправочні коефіцієнти обираємо [5]. карта 22, 23.

Вибираємо для чорнової обробки швидкість різання: V_т = 111 м/хв.

По карті 23 поправочні коефіцієнти для чорнової обробки:

– група оброблюваного матеріалу К_vc = 1,0;

– вида обробки К_vo = 1,0;

– жорсткості верстату К_vj = 0,7;

– механічних властивостей оброблюваного матеріалу К_vм = 1,7;

– геометричних параметрів різця К_vφ = 1,00;

– періоду стійкості (Т = 60 хв) різальної частини К_vт = 0,7;

– наявності МОР – К_vλ = 1,00.

Значення швидкості для чорнової стадії обробки знаходимо по формулі:

V = V_т·К_vo·К_vc·К_vj·К_vм·К_vφ·К_vт·К_vλ;

V = 111·1,0·1,0·0,7·1,7·1,0·0,7·1,00 = 92,46 м/хв.

7. Визначаємо частоту обертання шпинделя згідно формули . Приймаємо частоту обертання шпинделя згідно паспорту верстату. Обираємо подачу на оберт ([5]. карта 25).

Частота обертання шпинделя для чорнової та чистової обробки:

об/хв.

Частоту обертання згідно з паспортом обираємо: n = 250 об/хв.

За картою 25 обираємо подачу на оберт S_o = 0,65 мм/об.

8. Визначаємо фактичну швидкість різання.

Визначаємо табличну потужність ([5]. карта 21), визначаємо коефіцієнти ([5]. карта 24). Табличну потужність зіставляємо з потужністю електродвигуна верстата Nел.дв. При цьому повинна виконуватись нерівність: N_ел.дв > N_np

Фактична швидкість знаходиться за формулою:

м/хв.

Таблична потужність дорівнює N_np = 8,6 кВт.

Тому умова N_ел.дв > N_np 10 кВт > 8,6 кВт виконується.

Коректують в залежності від твердості оброблюємого матеріалу:

К_N = 0,6 – коефіцієнт

кВт

Хвилинну подачу розраховуємо за формулою:

S_хв = n ∙ S_o

S_хв = 250 ∙ 0,65 = 162?5 мм/хв.

9. Визначаємо норми штучного часу та час автоматичної роботи верстата по програмі

де

L – довжина проходу різця, мм;

n – число обертів шпинделя, хв;

S – подача інструменту, мм/об;

Довжина проходу різця L = l + l₁ + l₂

де l – довжина обробки, чи обробленої поверхні деталі, мм. Для нашого прикладу l = 14 мм.

l₁ – величина врізання, l₁ = 3 мм.

l₂ – величина перебігу, l₂ = 2 мм.

L = 14 + 2 + 3 = 19 мм.

В даному прикладі розмір припуску при чорновій обробці знімається за один прохід, тому і < 1.

хв.

Зробити висновок. Порівняти режими різання та час Т_о, що було затрачено на обробку, у трьох варіантах розрахунку.