Определение рационального режима резания

Аналитический метод определения рационального режима резания основан на определении глубины резания t, подачи S и скорости резания u по таким ограничениям, как прочность механизмов станка, прочность и жесткость инструмента и заготовки, шероховатость обработанной поверхности. Метод осуществляется в следующей последовательности: 1) выбор марки инструментального материала и геометрии режущего лезвия инструмента; 2) определение глубины резания; 3) определение допускаемой подачи; 4) определение скорости резания.

Рассмотрим реализацию метода на примере токарной обработки.

1. Выбор марки инструментального материала и геометрии лезвия резца производится в зависимости от свойств обрабатываемого материала, вида и характера обработки и требуемой шероховатости поверхности детали по справочникам.

2. Глубина резания чаще всего определяется как полуразность диаметров в среднем машиностроении, а в тяжелом – как общий припуск, снимаемый за несколько проходов.

3. При определении наибольшей технологически допускаемой подачи учитываются: а) прочность механизма подачи станка; б) прочность резца; в) жесткость резца; г) прочность изделия; д) жесткость изделия; е) шероховатость обработанной поверхности.

Оптимизация режима резания методом линейного программирования

Применение ЭВМ позволяет определить оптимальные элементы ре­жима резания с минимальной затратой времени. Методика расчета элементов режима резания включает создание математической модели, описывающей закономерности процесса резания, и составление уравнении технических ограничений и оптимизации.

Для построения математической модели процесса резания, например, точения, и использования метода линейного программирования необходимо все неравенства технических ограничений и уравнение целевой функции преобразовать в линейные формы.

После всех преобразований целевая функция примет вид:

28. Фрезы с острозаточенными зубьями, область применения. Выбор параметров фрезы (диаметр, число и форма зубьев, геометрия лезвия). Условия равномерного фрезерования и его связь с конструкцией фрезы (эскиз цилиндрической фрезы).

Фрезерование является одним из наиболее распространенных методов обработки. По уровню производительности фрезерование превосходит строгание и в условиях крупносерийного производства уступает лишь наружному протягиванию. Кинематика процесса фрезерования характеризуется быстрым вращением инструмента вокруг его оси и медленным движением подачи. Движение подачи при фрезеровании может быть прямолинейно-поступательным, вращательным, либо винтовым. При прямолинейном движении подачи фрезами производится обработка всевозможных цилиндрических поверхностей: плоскостей, всевозможных пазов и канавок, фасонных цилиндрических поверхностей При вращательном движении подачи фрезерованием обрабатываются поверхности вращения, а при винтовом движении подачи - всевозможные винтовые поверхности, например, стружечные канавки инструментов, впадины косозубых колес и т. п.

Диаметр фрезы – важный конструктивный элемент. От диаметра фрезы зависят отвод теплоты, толщина стружки, число и форма режущих зубьев и диаметр посадочного отверстия под оправку. При выборе диаметра фрезы необходимо учитывать толщину тела фрезы. Для этого пользуются зависимостью D1= (1,6−2,5)d,

где D1 – диаметр окружности впадин между зубьями, мм; d – диаметр отверстия фрезы, мм. Размерный ряд острозаточенных фрез стандартизирован

Число зубьев фрезы (рис. 8.1) влияет на процесс резания. При выборе числа зубьев фрезы необходимо соблюдать условие равномерности фрезерования. Для фрез с прямыми зубьями (см. рис. 8.1, а) это условие обеспечивается, если одновременно работают не менее двух зубьев, т.е.

– коэффициент равномерности, где φ – угол контакта, определяемый в зависимости от наружного радиуса фрезы R и глубины резания t;

ε – угол, соответствующий шагу зубьев, т.е.

Рис. 8.1. Условие равномерности фрезерования для цилиндрических фрез с прямыми (а) и винтовыми (б) зубьями

При малой глубине резания, заданных D и z не всегда можно добиться равномерности фрезерования. Для цилиндрических фрез (в том числе и концевых) с зубьями, расположенными на периферии по винтовой линии, равномерность зависит от угла наклона винтовых канавок ω и ширины фрезерования В (см. рис. 8.1,б).

Процесс фрезерования будет равномерным при условии, если величина В кратна осевому шагу фрезы.

где с – целое число.

Отсюда число зубьев

Форма зубьев и впадин. Число зубьев фрезы влияет на форму, размеры зуба и впадины. Форма зубьев и впадин должна обеспечивать прочность зубьев, получение достаточного пространства для размещения стружки, гарантировать лучший отвод стружки из зоны резания и допускать максимально возможное количество переточек. Для остроконечных фрез наиболее распространенной является первая форма в виде трапеции (рис. 8.3, а). Принимается в основном для фрез, работающих на чистовых операциях. Для фрез с крупными зубьями принимается вторая или третья (см. рис. 8.3, б, в) форма. Спинка зуба (см. рис. 8.3, в) выполняется по дуге окружности радиусом R = 0,3…0,45 D. При этом необходимо, чтобы касательная в точке А сопряжения ее с ленточкой ƒ проводилась под углом α1 на 10…15° больше, чем задний угол α.

Зуб (см. рис. 8.3, б) имеет спинку, выполненную под двумя углами: α – задний угол, α1 = 20…30° – угол среза спинки. Высота зуба и радиус округления r выбираются в тех же пределах, что и для зуба третьей формы.

Рис 8.3. Формы остроконечных зубьев

В зависимости от размеров зуба фаску ƒ выполняют равной 1…2 мм, а дополнительную величину затылка F определяют графическим путем.

Углы режущей части зуба. Выбор оптимальных углов режущих элементов фрез зависит главным образом от назначения фрезы, свойств обрабатываемого материала и технологических условий обработки.

Задний угол предназначен для устранения трения задней поверхности зуба об обрабатываемую поверхность в процессе резания.

Главный угол α и вспомогательный угол α1 (см. рис. 8.3) задают внормальном сечении к оси цилиндрической или угловой фрезы.

Задний угол в нормальном сечении на винтовых зубьях определяется по формуле

Задний угол на фасках прорезных и дисковых фрез в сечении, параллельном фаске, определяется по формуле

где φ – угол фаски.

Для фрез с мелкими зубьями (снятие небольших припусков) задний угол принимается равным 16°, для фрез с крупным зубом – 12°, для фрез дисковых, прорезных (шлицевых) – до 30°.

Передний угол предназначен для уменьшения нагрузки на режущую кромку в процессе резания. Он выбирается в зависимости от физикомеханических свойств обрабатываемого материала и характеристики материала инструмента.

Для фрез с винтовым зубом выбор переднего угла γ связан с углом наклона режущих зубьев ω. С увеличением угла наклона зубьев разница между фактическим передним углом γф и углом в нормальном сечении γN резко возрастает. Ее можно определить по формуле

Угол можно выбирать незначительным для фрез с ω = 40…60°.

При этом фактический передний угол γф окажется достаточно большим при минимально допустимом ослаблении режущей кромки, что особенно важно при конструировании фрез для обработки высокопрочных материалов.

Угол в плане φ определяет соотношение между толщиной и шириной снимаемого слоя металла в зависимости от подачи и глубины резания, а угол φ1 влияет на качество обрабатываемой поверхности.

Углом λ снабжаются все фрезы с угловой режущей кромкой (торцовые дисковые, трех- и двухсторонние). Для цилиндрических фрез с винтовыми или наклонными зубьями угол наклона ω является углом λ, угол λ способствует упрочнению зуба. При λ больше нуля точка первоначального контакта зуба и заготовки удаляется от вершины зуба и тем самым предохраняет от сколов наиболее ослабленное место. Для фрез с пластинами твердого сплава λ выбирается в пределах 12…15°, для быстрорежущих фрез угол λ может быть уменьшен до 10°.

Угол наклона винтовых зубьев ω способствует улучшению условий

работы фрезы, увеличению ее стойкости и влияет на направление схода стружки. С увеличением угла наклона ω от 10 до 60° стойкость фрезы возрастает от 3 до 5 раз.

В зависимости от направления винтовых зубьев и вращения фрезы

(правое или левое) в процессе резания возникает осевая сила Рo, действующая на опору шпинделя станка и обрабатываемую деталь.

Направление винтовых зубьев фрез, приведенных на рис. 8.4, а и б,

при правом вращении фрезы должно быть правое, а при левом – левое. Направление винтовых зубьев фрез, приведенных на рис. 8.4, в и г, при левом вращении фрезы должно быть правое, а при правом – левое.

Рис. 8.4. Направление винтовых зубьев

При выборе больших величин ω необходимо учитывать направление отвода стружки и конфигурацию обрабатываемой поверхности. Например, при фрезеровании закрытых пазов и уступов (см. рис. 8.4, а и б) фрезой с левым наклоном зубьев при левом направлении стружка направляется к торцу фрезы (см. рис. 8.4, е), защемляется и пакетируется между зубьями, что приводит к поломке инструмента. Для устранения этого явления необходимо, например, при левом вращении фрезы зубья выполнять с правым наклоном.