3.5. Проверка выбранного режима резания по прочности механизма подачи станка и мощности станка

Для проверки выбранного режима необходимо знать составляющие сил резания, которые рассчитываются по формуле

, Н (3.4)

При отрезании, прорезании и фасонном точении t – длина лезвия резца.

Постоянная С_р и показатели степени х, y, п для конкретных условий обработки приведены в приложении 3 (табл. П.3.21).

Поправочный коэффициент . Численные значения этих коэффициентов приведены в приложении 3 (табл. П.3.22–П.3.24).

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи станка, Q_ст сравнивается с осевой составляющей силы резания Р_х

. (3.5)

Если условие (3.4) не выполняется, то надо уменьшать подачу.

Мощность на шпинделе станка N_шп сравнивается с мощностью процесса резания N_рез.

, (3.6)

где – мощность двигателя станка, кВт;

η – КПД станка, η=0,81;

К_п – коэффициент перегрузки станка.

, кВт, (3.7)

где Р_z – вертикальная составляющая силы резания, Н.

. (3.8)

Если условие (3.5) не выполняется, то надо уменьшить скорость резания.

3.6. Расчет машинного времени Тм

, (3.9)

где L – общая длина прохода инструмента в направлении подачи, мм;

п – число оборотов заготовки в минуту;

s – подача, мм/об;

i – число проходов.

, (3.10)

где l – длина обработанной поверхности, мм;

l₁ – величина врезания, мм;

l₂ – величина выхода (перебега) резца, мм.

Пример. Рассчитать наивыгоднейшие режимы резания при точении согласно рис. 2.1., а и табл. 3.1.

Таблица 3.1

Исходные данные на токарную операцию

Обраб. матер.	σв, МПа	D, мм	d, мм	L, мм	l, мм	Класс шерохов., мкм		Модель станка	Креплен. загот.
						Ra	Rz
Сталь 40Х13	1000	50	45	300	200	2,5	10	16К20	Патрон-центр

1. Выбор марки инструментального материала, конструкции и геометрии инструмента.

Обрабатываемый материал – коррозионно-стойкая хромистая сталь (группа II) [7].

В качестве инструмента принимаем стандартный проходной отогнутый резец с пластиной из твердого сплава Т15К6 (табл. П.1.3 и табл. П.2.1) с геометрией режущей части: φ=φ₁=45º; α=10º; γ=10º; λ=0º; r=1 мм. Сечение державки Н В= 25 16 мм (табл. П.2.1 и табл. П.7.1).

2. Выбор глубины резания t и числа проходов i

Припуск на обработку согласно данных задания

Δ= (D–d)/2=50–45=2,5 мм.

Шероховатость обработанной поверхности Ra =2,5 мкм; Rz = =10 мкм, а это получистовой вид обработки. Поэтому припуск Δ возможно снять за один проход, т.е. t=Δ=2,5 мм.

3. Выбор подачи

Подача, допустимая прочностью пластины твердого сплава (табл. П.3.1), s=2,6 мм/об.

Подача, допустимая шероховатостью обработанной поверхности (табл. П.3.4), соответственно s=0,2–0,246 мм/об.

Технологически допустимой подачей будет подача s=0,246 мм/об. Согласно паспорта станка 16К20 (табл. П.7.2) принимаем ближайшую подачу s=0,2 мм/об.

4. Расчет скорости резания V.

Скорость резания рассчитывается по формуле (3.1).

Рекомендуемый период стойкости Т=60 мин [9].

Значения коэффициента С_V показателей степени х, у и m (табл. П.3.12): С_V =350; т=0,2; х=0,15; у=0,2.

Коэффициент , где значения коэффициентов (табл. П.3.14–П. 3.19): К_МV=0,75; К_ПV=1; К_ИV=1.9; К_φV=1; К_rV=0,94.

К_V= 0,75·1,0·1,9·1,0·0,94= 1,34.

Скорость резания 249,5 м/мин.

Число оборотов шпинделя по формуле (3.3)

1589,1 об/мин.

Ближайшее число оборотов по паспорту станка п=1600 об/мин (табл. П. 7.2).

Действительная скорость резания

=251,1 м/мин.

5. Проверка выбранного режима по прочности механизма подачи станка и мощности станка

При этом должны обеспечиваться неравенства и . Для этого необходимо подсчитать составляющие сил резания Р_х и Р_z.

Осевая составляющая Р_х подсчитывается по формуле (3.4).

Постоянная С_р и показатели степени х, y, п (табл. П.3.21): С_р =339; п= -0,4; х=1,0; у=0,5.

Коэффициент . Значения составляющих К_i (табл. П.3.24): К_Мр=0,75; К_φр=1,0; К_γр=1,0; К_λр=1,0; К_rр=1,0.

К_рх= 0,75·1,0·1,0·1,0·1,0= 0,75.

31,25 Н.

По станку 5884 Н (табл. П.7.2), т.е. условие выполняется.

Для определения мощности резания необходимо подсчитать тангенциальную составляющую сил резания Р_z формуле (3.4).

Постоянная С_р и показатели степени х, y, п (табл. П.3.21): С_р =300; п=-0,15; х=1,0; у=0,75.

Коэффициент . Значения составляющих К_i (табл. П.3.24): К_Мр=0,75; К_φр=1,0; К_γр=1,0; К_λр=1,0; К_rр=1,0.

К_р= 0,75·1,0·1,0·1,0·1,0= 0,75.

Н.

Зная величину Р_z подсчитываем мощность резания по формуле (3.7)

=0,6 кВт.

Мощность на шпинделе станка рассчитывается по формуле (3.6)

=8,8 кВт,

где = 11 кВт (табл. П.7.1);

η – КПД станка, η=0,8;

К_п =1 коэффициент перегрузки станка.

Таким образом , т.е. 0,6<8,8 – условие выполняется.

6. Расчет машинного времени Т_м производится по формуле (3.9). Общая длина прохода инструмента L – по формуле (3.10).

0,63 мин.

l₁ =2,5 мм величина врезания;

l₂ =0 величина выхода (перебега) резца.

4. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

ПРИ ТОЧЕНИИ

4.1. Выбор марки инструментального материала, сечения державки резца и геометрических параметров режущей части инструмента

4.2. Выбор глубины резания t и числа проходов i

Выбор инструментального материала, геометрических параметров режущей части инструмента и глубины резания производится так же, как и при назначении режимов резания, табличным методом.

4.3. Расчет подачи s

Подача оказывает значительное влияние на силы и температуру резания, износ режущего инструмента, шероховатость обработанной поверхности, величину деформаций детали и резца [1–7].

Для достижения наибольшей производительности должна быть выбрана и наибольшая подача. Однако величина подачи может ограничиваться вышеуказанными факторами.

Следовательно, для того чтобы установить величину подачи, обеспечивающей наибольшую производительность, нужно рассчитать предельные величины подач, допускаемых каждым из этих факторов, и выбрать из них наименьшую. Эта подача обеспечит одновременно наибольшую производительность и выполнение всех технологических требований. Такая подача называется наибольшей технологически допустимой подачей s₀.

В соответствии с изложенным величина подачи рассчитывается по следующим ограничивающим факторам:

- заданной шероховатости обработанной поверхности;

- прочности пластинки твердого сплава или минералокерамики;

- прочности механизма подачи станка;

- жесткости детали с учетом способа крепления;

- прочности державки резца;

- жесткости державки резца в связи с требуемой точностью обработки.

1. Определение подачи по заданной шероховатости обработанной поверхности ( ).

Подача взбирается по таблицам или номограммам с учетом тре­бований к шероховатости обработанной поверхности, радиуса при вершине резца r, марки обрабатываемого материала, жесткости технологической системы.

2. Определение подачи по прочности пластинки твердого сплава или минералокерамики ( ).

Подача, допускаемая прочностью пластинки, выбирается по таблицам с учетом толщины пластинки, глубины резания, прочности обрабатываемого материала и главного угла в плане φ.

3. Расчет подачи по прочности механизма подачи станка ( )

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи станка, сравнивается с осевой составляющей силы резания Р_х.

. (4.1)

– задано в паспортных данных станка;

, (4.2)

где С_р – коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала и геометрии резца на силу резания Р_х.

х_р, у_р, п_р – показатели степени, характеризующие влияние t, s и V на величину осевой силы Р_х;

– поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемого материала.

В уравнение (4.2) вводится поправочный коэффициент К

, (4.3)

где – поправочный коэффициент, учитывающий главный угол в плане φ;

– поправочный коэффициент, учитывающий передний угол γ;

– поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона главной режущей кромки λ;

– поправочный коэффициент, учитывающий радиус при вершине резца r;

– поправочный коэффициент, учитывающий износ инструмента по задней поверхности h_з.

Подставив формулу (4.2) в выражение (4.1) и решив это уравнение относительно подачи, получим

, мм/об. (4.4)

При решении уравнения (4.4)следует иметь в виду, что скорость резания пока еще не известна, поэтому предварительно ее величину можно принять 70–100 м/мин при обработке твердосплавным инструментом углеродистых, легированных, нержавеющих и жаропрочных сталей с σ_в = 500–1000 МПа; при обработке жаропрочных и титановых сплавов – V= 30–50 м/мин; алюминиевых и медных сплавов - V=300–400 м/мин.

4. Расчет подачи по жесткости с учетом способа крепления.

В процессе обработки под действием сил резания обрабатываемая деталь деформируется. Это приводит к изменению взаимного расположения детали и вершины резца, определяющего геометрическую форму и размеры обработанной поверхности.

Деталь изгибает сила Q (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема закрепления детали

, часто , тогда . (4.5)

Стрела прогиба детали f под действием силы Q рассчитывается по уравнению

, (4.6)

где f – стрела прогиба детали, мм;

l – длина детали; мм;

μ – коэффициент, учитывающий способ закрепления заготовки;

Е – модуль упругости материала детали, МПа;

I – момент инерции поперечного сечения детали;

, (4.7)

где D – диаметр детали (при обработке в центрах, в патроне с задним центром) или заготовки (при работе в патроне), мм.

Когда деталь закреплена в патроне μ = 3. При установке детали в центрах μ = 70. Когда один конец детали зажат в патроне, а второй поджат задним центром μ = 130.

Модуль упругости материала детали Е выбирается по табл. 4.1

Таблица 4.1

Материала детали	Е, МПа
Углеродистые стали	210000
Легированные стали	215000
Жаропрочные и нержавеющие стали, сплавы	180000–210000
Титановые сплавы	105000–120000
Алюминий и его сплавы	70000–90000
Латунь, бронза	80000–90000
Чугун	90000–100000

Допустимая стрела прогиба детали f = 0,2–0,4 мм при черновой обработке. При получистовой обработке f = 0,1 мм. При чистовой обработке f не должна превышать 0,2 поля допуска, соответствующего данной операции.

Тангенциальную силу резания Р_z можно рассчитать по формуле

. (4.8)

Подставив формулу (4.5) и (4.7) в выражение (4.6) и решив это уравнение относительно подачи, получаем

, мм/об. (4.9)

5. Расчет подачи по прочности державки резца (рис. 4.2)

Резец можно считать балкой, защемленной одним концом и нагруженной на другом тремя силами: , , , создающими сложное напряженно-деформированное состояние в державке резца. Однако, как показывает анализ, с достаточной для практики точностью прочность резца может быть рассчитана по силе .

Рис. 4.2. Схема закрепления резца

, а , (4.10)

где – момент сопротивления;

l – вылет резца;

– допускаемое напряжение на изгиб.

Для прямоугольного сечения

; (4.11)

для круглого сечения

; (4.12)

; , откуда

, мм/об. (4.13)

6. Расчет подачи по жесткости державки резца (рис. 4.3)

Рис. 4.3. Схема установки резца

Под действием сил резания держав-ка резца деформируется, и в результате отклонения вершины резца от перво-начального положения возникают пог-решности.

Допустимая стрела прогиба при черновом точении равна 0,1 мм, при получистовом и чистовом точении =0,03…0,05 мм; момент инерции для круглого сечения , для квадратного .

Отсюда

, мм/об, (4.14)

где Е – модуль упругости материала державки резца.

Из найденных значений подачи по ограничивающим факторам выбираем наименьшее. Эту подачу сравниваем с рядом подач, имею­щихся у данного станка, и выбираем ближайшую меньшую. Это и бу­дет наибольшая технологически допустимая подача s₀ .