8.4. Методика определения режима резания при точении

Существуют несколько методов выбора режима резания: табличный, аналитический, графоаналитический, машинный с использованием компьютера и специальных программ расчета.

При табличном методе обычно используют нормативы режимов резания.

Порядок выбора режима обработки.

1. Исходя из заданного припуска на обработку, назначают глубину резания. Если припуск велик, назначают несколько проходов и соответствующие глубины резания для каждого прохода. При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют по формуле 8.1.

(8.1)

где D – диаметр заготовки, мм;

d – диаметр детали, мм.

При черновой обработке, когда необходимо получить поверхность с шероховатостью R_z>40 мкм, весь припуск следует снимать за один проход.

Для получения поверхности с шероховатостью R_z=40 – 10 мкм припуск, не превышающий 2 мм, следует снимать за один проход. Если припуск превышает 2 мм, то обработку производят в два перехода. При этом глубина резания для второго перехода t₂=0,5 – 1 мм, а для первого перехода глубина определится как t₁=-t₂.

При чистовой обработке с шероховатостью R_z=10 – 6,3 мкм глубина резания для последнего перехода принимается равной 0,1 – 0,5 мм. Если припуск превышает 0,5 мм, то обработку производят в два и даже в три перехода: t₃=0,1 - 0,5мм, t₂=0,5 – 1 мм, t₁=-t₂- t₃ мм.

2. Выбирают технологически допустимую подачу по следующим ограничениям:

S_шер. – по требуемой чертежом шероховатости обработанной поверхности детали;

S_жест. - по жесткости обрабатываемой детали, которая особенно важна при обработке валов с отношением длины вала к диаметру более 10;

S_пр.р. - по прочности резца на изгиб.

Наименьшая из трех подач S_шер., S_жест., S_пр.р. является технологически допустимой S_T.

3. По таблицам, в зависимости от найденного значения S_T и назначенной глубины резания t, выбирают скорость резания v и частоту вращения заготовки или инструмента n.

4. По найденным значениям n и S_T находят скорость резания и эффективную мощность, затрачиваемую на резание N_p , по которой определяют мощность станка:

Р_м= N_p /_ст , (8.2)

где Р_М – мощность электродвигателя станка;

_ст – КПД механизма главного привода станка (приводится в паспорте металлорежущего станка); ориентировочно можно принять _ст0,7 – 0,9.

Табличный метод рекомендуется использовать в производственных условиях при отсутствии вычислительной техники, в проектных организациях – при проектировании новых технологий (если к готовой продукции не предъявляются высокие эксплуатационные требования).

При аналитическом методе последовательность выбора режима аналогична табличному, однако необходимо отметить следующие особенности в порядке определения режима резания.

1. Расчет подачи S_шер., определяемой шероховатостью обработанной детали:

(8.3)

где k₀, k₁,…, k₇ – коэффициенты, характеризующие обрабатываемый и инструментальный материалы (приведены в справочниках для различных марок обрабатываемых и инструментальных материалов);

R_a – среднеарифметическое отклонение профиля шероховатости;

t – глубина резания;

r – радиус при вершине резца в плане;

HB – твердость обрабатываемого материала;

 и ₁ – главный и вспомогательный углы в плане соответственно.

2. Расчет подачи, допускаемой прочностью резца:

(8.4)

где l - вылет резца (в данном случае может быть рассчитан как l=(1…1,5)H);

[_и] – допускаемое напряжение на изгиб материала державки резца;

C_Pz, x_Pz, y_Pz – величины, зависящие от свойств обрабатываемого материала (_В, НВ), рода обрабатываемого материала (сталь, чугун, бронза и т.д.), геометрии режущего инструмента, вида охлаждения;

B и H – ширина и высота державки резца соответственно.

3. Расчет подачи, допускаемой жесткостью и точностью заготовки:

(8.5)

где f^/ - прогиб заготовки при обработке;

Е – модуль упругости материала обрабатываемой заготовки;

J - момент инерции сечения заготовки (для круглых сплошных деталей J = 0,05d, где d -диаметр заготовки);

l - расстояние между точками закрепления заготовки или вылет детали при креплении ее только в патроне);

 - коэффициент жесткости, зависящий от способа закрепления заготовки на станке.

Допустимая величина прогиба может быть следующей:

При черновом точении f^/=0,2…0,4 мм;

При получистовом точении f^/=0,1 мм;

При чистовой обработке f^/=0,2Т (Т – допуск на размер обрабатываемой поверхности).

При обработке на токарных станках встречается три случая закрепления заготовки (табл. 8.5), которым соответствуют различные значения .

Таблица 8.5

Значения коэффициента жесткости 

Способ закрепления	Значение 
В центрах	48
В патроне и центре	96
В патроне	3

4. Скорость резания при наружном продольном и поперечном точении и растачивании рассчитывают по формуле 8.6, а при отрезании, прорезании и фасонном точении – по формуле 8.7.

(8.6)

(8.7)

где Т – период стойкости, мин;

C_V, x, y, m – постоянная и показатели степени (табл. 8.6);

k_V – поправочный коэффициент.

Поправочный коэффициент k_V находится как произведение поправочных коэффициентов, учитывающих изменение условий обработки в отличие от стандартных, принятых в табл. 8.6.

k_V= k_mv  k_nv  k_иv  k_v  k_ov (8.8)

Поправочный коэффициент k_mv определяется по формулам таблице 8.7.

Таблица 8.6

Значения коэффициента C_v и показателей степени в формулах скорости резания при обработке резцами

Вид обработки	Материал режущей части резца	Характеристика подачи	Коэффициент и показатели степени
			Cv	x	y	m
1	2	3	4	5	6	7
Обработка конструкционной углеродистой стали, В=750 МПа
Наружное продольное точение проходными резцами	Т15К6	S до 0,3	420	0,15	0,20	0,20
		S св. 0,3 до 0,7	350		0,35
		S  0,7	340		0,45
Отрезание	Т5К10	-	47	-	0,8	0,2
Обработка серого чугуна, НВ 190
Наружное продольное точение проходными резцами	ВК6	S  0,40	292	0,15	0,20	0,20
		S  0,4	243		0,40
Отрезание	ВК6	-	68,5	-	0,40	0,20
Обработка ковкого чугуна, НВ 150
Наружное продольное точение проходными резцами	ВК8	S  0,40	317	0,15	0,20	0,20
		S  0,4	215	0,15	0,45	0,20
Отрезание	ВК6	-	86	-	0,4	0,2

Среднее значение периода стойкости при одноинструментальной обработке равно 60 мин, для фасонного точения – 120 мин, для точения резцами с дополнительным лезвием – 30 – 45 мин.

Таблица 8.7

Поправочный коэффициент k_mv, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания

Обрабатываемый материал	Расчетная формула
Сталь
Серый чугун
Ковкий чугун

Поправочный коэффициент k_nv определяется по табл. 8.8.

Таблица 8.8

Поправочный коэффициент k_nv, учитывающий влияние состояния

поверхности заготовки на скорость резания

Состояние поверхности заготовки
Без корки	С коркой
	Прокат	Поковка	Стальные и чугунные отливки при корке		Медные и алюминиевые сплавы
			нормальной	Сильно загрязненной
1,0	0,9	0,8	0,8 - 0,85	0,5 – 0,6	0,9

Таблица 8.9

_{Значение коэффициента кГ и показателя степени nv в формуле для расчета коэффициента обрабатываемости стали kmv}

Обрабатываемый материал	Коэффициент кГ для материала инструмента		Показатель степени nV при обработке резцами
	Из быстрорежущей стали	Из твердого сплава	Из быстрорежущей стали	Из твердого сплава
1	2	3	4	5
Сталь: углеродистая (С0,6%), В, МПа: 450 450-550 550	1,0	1,0	-1,0	1,0
	1,0	1,0	1,75
	1,0	1,0	1,75
хромистая	0,85	0,95	1,75	1,0
углеродистая (С0,6%), хромоникелевая, хромомолибденованадиевая	0,8	0,9	1,5
Хромомарганцовистая	0,7	0,8	1,25
Хромованадиевая	0,85	0,8	1,25
Марганцовистая	0,75	0,9	1,5
Хромоникельвольфрамовая	0,8	0,85	1,25
Хромомолибденовая	0,75	0,8	1,25
Хромоалюминиевая	0,75	0,8	1,25
Хромоникельванадиевая	0,75	0,85	1,25
Быстрорежущие	0,6	0,7	1,25
Чугун: Серый ковкий	-	-	1,7	1,25
	-	-	1,7	1,25

Поправочный коэффициент k_иv определяется по табл. 8.10.

Таблица 8.10

Поправочный коэффициент k_иv, учитывающий влияние материала

режущей части инструмента на скорость резания

Обрабатываемый материал	Значение коэффициента kиv в зависимости от марки инструментального материала
Сталь конструкционная	Т5К12В 0,35	Т5К10 0,65	Т14К8 0,8	Т15К6 1,0	Т15К6 1,15	Т30К4 1,4	ВК8 0,4
Коррозионно-стойкие и жаропрочные стали	ВК8 1,0	Т5К10 1,4	Т15К6 1,9	Р18 0,3	-
Сталь закаленная	HRC 35-50				HRC 51-62
	Т15К6 1,0	Т30К4 1,25	ВК6 0,85	ВК8 0,83	ВК4 1,0	ВК6 0,92	ВК8 0,74
Серый и ковкий чугун	ВК8 0,83	ВК6 1,0	ВК4 1,1	ВК3 1,15	ВК3 1,25	-
Сталь, чугун, медные и алюминиевые сплавы	Р6М5 1,0	ВК4 2,5	ВК6 2,7	9ХС 0,6	ХВГ 0,6	У12А 0,5	-

Поправочный коэффициент k_v, учитывающий влияние главного угла в плане  на скорость резания, определяется по табл. 8.11.

Таблица 8.11

_{Значение коэффициента kv}

Главный угол в плане , градусы	30	45	60	75	90
Коэффициент kv	1,1	1,0	0,9	0,8	0,7

Поправочный коэффициент k_ov, учитывающий влияние вида обработки определяется по табл. 8.12.

Таблица 8.12

Значение коэффициента k_ov, учитывающего влияние охлаждения

на скорость резания

Наличие охлаждения	С охлаждением	Без охлаждения
Коэффициент kov	1,1	1,0

5. Определение частоты вращения шпинделя

Частота вращения шпинделя n, об/мин, соответствующая найденному значению скорости резания, определяется по формуле 8.9:

(8.9)

Найденное значение корректируется по паспортным данным станка и устанавливается действительное значение частоты вращения и скорости резания.

6. Расчет составляющих силы резания.

Составляющие силы резания (тангенциальная P_z, радиальная P_y и осевая P_x) при наружном продольном и поперечном точении, растачивании, отрезании, прорезании и фасонном точении рассчитывают по формуле 8.9:

P_z (P_y, P_x)=9,81C_pt^XpS^YpVⁿk_p, Н (8.10)

Постоянная С_р и показатели степени x_p, y_p, n_p для каждой из составляющих силы резания приведены в таблице 8.13. Поправочный коэффициент k_p представляет собой произведение ряда коэффициентов, учитывающих изменение фактических условий резания по сравнению с табличными:

k_p=k_Mpk_pk_pk_pk_rp (8.11)

Таблица 8.13

Значения коэффициента С_р и показателей степени в формулах

силы резания при точении

Материал рабочей части резца	Вид обработки	Коэффициент и показатели степени в формулах для составляющих
		Тангенциальной Pz				Радиальной Py,				Осевой Px
		Ср	х	у	п	Ср	х	у	п	Ср	х	у	п
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

Продолжение табл. 8.13

Обработка конструкционной стали и стальных отливок, В=750 Мпа
Твердый сплав		Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	300	1,0	0,75	-0,15	243	0,9	0,6	-0,3	339	1,0	0,5	-0,4
		Отрезание и прорезание	408	0,72	0,8	0	173	0,73	0,67	0	-	-	-	-
Быстрорежущая сталь		Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	200	1,0	0,75	0	1,25	0,9	0,75	0	67	1,2	0,65	0
Быстрорежущая сталь	Отрезание и прорезание		247	1,0	1,0	0	-	-	-	-	-	-	-	-

Продолжение табл. 8.13

Обработка жаропрочной стали 12Х18Н9Т НВ 141
Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание		204		1,0		0,75	0	-	-	-	-	-	-	-	-
Обработка серого чугуна, НВ 190
Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание		92		1,0		0,75	0	54	0,9	0,75	0	46	1,0	0,4	0
Быстрорежущая сталь	Отрезание и прорезание		158		1,0		1,0	0	-	-	-	-	-	-	-	-
Обработка ковкого чугуна, НВ 150
Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	81/100		1,0		0,75		0	43/88	0,9	0,75	0	38/40	1,0/1,2	0,4/0,65	0
	Отрезание и прорезание	139		1,0		1,0		0	-	-	-	-	-	-	-	-

Таблица 8.14

Поправочный коэффициент k_Mp для стали и чугуна, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости

Обрабатываемый материал	Расчетная формула	Показатель степени п при обработке резцами
		из твердого сплава	из быстрорежущей стали
Конструкционная углеродистая и легированная сталь В, МПа: 600 600		0,75 0,75	0,35 0,75
Серый чугун		0,4	0,55
Ковкий чугун		0,4	0,55

Таблица 8.15

Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических

параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания при обработке стали и чугуна

Параметры		Материал режущей части инструмента	Поправочные коэффициенты
Наименование	Величина		Обозначение	Величина коэффициента для составляющих
				тангенциальной Pz	радиальной Py	осевой Px
Главный угол в плане ,	30 45 60 90	Твердый сплав	KP	1,08 1,0 0,94 0,89	1,30 1,0 0,77 0,5	0,78 1,0 1,11 1,17
	30 45 60 90	Быстрорежущая сталь		1,08 1,0 0,98 1,08	1,63 1,0 0,71 0,44	0,7 1,00 1,27 1,82

Продолжение табл. 8.15.

Передний угол ,	-15 0 10	Твердый сплав	KP	1,25 1,1 1,0	2,0 1,4 1,0	2,0 1,4 1,0
	12-15 20-25	Быстрорежущая сталь		1,15 1,0	1,6 1,0	1,7 1,0
Угол наклона главного режущего лезвия ,	-5 0 5 15	Твердый сплав	KP	1,0	0,75 1,0 1,25 1,7	1,07 1,0 0,85 0,65
Радиус при вершине r, мм	0,5 1,0 2,0 3,0 4,0	Быстрорежущая сталь	KrP	0,87 0,93 1,0 1,04 1,10	0,66 0,82 1,0 1,14 1,33	1,0

7. Расчет мощности

Мощность резания N_p, кВт, определяют по формуле:

(8.12)

где P_z – тангенциальная сила резания, Н;

v – скорость резания, м/мин.

Режимы резания считаются рассчитанными правильно, если:

N_pN_ш (8.13)

где N_ш – мощность на шпинделе, определяемая по формуле:

N_ш= N_э (8.14)

где N_э – мощность электродвигателя;

 - коэффициент, учитывающий потери в передачах станка на трение; =0,75 – 0,8.

В случае перегрузки, то есть когда N_p  N_ш необходимо уменьшить скорость резания и подобрать такое число оборотов шпинделя, при котором будет выполнимо условие (8.13).

При перегрузке станка по мощности необходимо определить коэффициент перегрузки К_п:

К_п=N_p/N_ш (8.15)

Далее находим новое меньшее значение частоты вращения шпинделя, при котором выполняется условие N_p =N_ш. При этом исходят из того, что мощность, затрачиваемая на резание, прямо пропорциональна скорости главного движения резания и частоте вращения шпинделя.

Тогда новое уменьшенное значение числа оборотов шпинделя n^/_ш будет равно:

n^/_ш= n_ш/ К_п (8.16)

где n_ш – действительное значение частоты вращения шпинделя, выбранное по паспорту станка (табл.8.16).

Таблица 8.16

Частота вращения шпинделя и значение продольной и поперечной подач для станка 16К20

Частота вращения шпинделя, об/мин	12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600
Продольные подачи, мм/об	0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 2; 2,4; 2,8
Поперечные подачи, мм/об	0,025; 0,03; 0,0375; 0,045; 0,05; 0,0625; 0,075; 0,0875; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1; 1,2; 1,4

8. Определение основного времени

Основное (технологическое) время – это время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы и размеров заготовки и получение поверхности требуемой шероховатости. Основное время Т₀, мин, при токарной обработке:

(8.17)

где L – расчетная длина пути режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи;

n – частота вращения заготовки, об/мин;

S_пр – продольная подача, мм/об;

i – число рабочих ходов резца относительно заготовки, необходимое для снятия заданного слоя металла (припуска).

Расчетная длина пути режущего инструмента L, мм, определяется по формуле:

L=l+l₁+l₂, (8.18)

где l – длина обработанной поверхности, мм;

l₁ – величина врезания резца, мм; (l₁=ctg, где  - главный угол в плане токарного резца);

l₂ – выход резца (перебег), мм; (l₂=1 – 3).