Вариант №9

Задание: Обосновать техническую характеристику станка общего назначения. Произвести кинематический расчет и предложить оптимальный график частот вращения шпинделя. Станок должен удовлетворять требованиям рациональной обработки черных металлов (чугунов, малоуглеродистых и высокопрочных легированных сталей) инструментами из быстрорежущей стали и твердого сплава.

Исходные данные: Станок вертикальный фрезерный с крестовым столом. Ширина рабочей поверхности стола – 500 мм, длина рабочей поверхности стола – 1600 мм. Основные типы применяемых фрез – торцовые, дисковые, насадные цилиндрические. Знаменатель ряда частот вращения шпинделя – 1,41.

1. Обоснование основных технических характеристик универсального металлорежущего станка

1.1 Определение предельных значений и диапазона регулирования подач

Исходными данными для определения основных технических характеристик универсальных металлорежущих станков являются параметры режима обработки.

Универсальные металлорежущие станки должны обеспечивать изменение скоростей резания и подач в широком диапазоне с целью получения наивыгоднейших режимов резания при выполнении разнообразных операций.

Определение оптимальных предельных режимов резания

1) По указанной в задании величине основного параметра проектируемого вертикального фрезерного станка (ширина рабочей поверхности стола – В) определяем по [1, табл.1] расчетные предельные диаметры инструмента d_max и d_min

- Цилиндрические фрезы:

d_max = (0,5…1,0)b = 1,0 Ħ 200 = 200 мм,

d_min = 0,25d_max = 0,25 Ħ 200 = 50 мм,

- Торцовые фрезы:

d_max = (1,25…1,6)b = 1,6 Ħ 200 = 320 мм,

d_min = 0,25d_max = 0,25 Ħ 320 = 80 мм,

где b = (0,3…0,4)В = 0,4 Ħ 500 = 200 мм – максимальная ширина фрезеруемой поверхности

2) По габаритным размерам обрабатываемого изделия выбираем максимальный припуск t_max на черновую обработку и минимальный припуск t_min для чистовой обработки.

Максимальная ширина фрезеруемой поверхности b = 200 мм.

- Чистовая обработка (10–11 квалитет): t_min = 0,7 мм [2, с.212, табл.13];

- Черновая обработка: t_max = 8 мм [2, с.210, табл.11].

3) Определяем предельные значения подач

Определяем предельные значения подач на зуб S_{z max} и S_{z min}.

Максимальное расчетное значение подачи S_{z max} выбираем для условий черновой обработки.

Минимальное расчетное значение подачи S_min выбираем для условий чистовой обработки при обработке фрезами минимального диаметра.

Определив подачу на один зуб фрезы, находим минутную подачу S_м , мм/мин по формуле:

, (1)

где z_фр – число зубьев фрезы, зависит от диаметра и конструкции фрезы;

n – частота вращения шпинделя, об/мин (см. п.п. 1.2)

При расчете минутной подачи принимаем:

- при обработке цилиндрическими фрезами , , z = 8 [3, с.182];

- при обработке торцовыми фрезами , , z = 8 [3, с.188].

3.1) Торцовые фрезы из ТС и БРС [2, с.213 - 215, карта 1]:

- Обработка конструкционной стали

S_{z max} = Sz_ТK_S0 = 0,19 Ħ 1,2 = 0,23 мм/зуб,

где S_Т – подача по карте, мм/об; K_S0 – поправочный коэффициент в зависимости от твердости обрабатываемого материала.

S_{z min} = Sz_ТK_S0 = 0,07 Ħ 1 = 0,07 мм/зуб;

- Обработка чугуна

S_{z max} = Sz_ТK_S0 = 0,46 Ħ 1,2 = 0,55 мм/зуб;

S_{z min} = Sz_ТK_S0 = 0,17 Ħ 1 = 0,17 мм/зуб;

3.2) Цилиндрические фрезы из ТС [2, с.252 - 253, карта 1]:

- Обработка конструкционной стали

S_{z max} = Sz_ТK_S0 = 0,49 Ħ 1,2 = 0,59 мм/зуб;

S_{z min} = Sz_ТK_S0 = 0,19 Ħ 1 = 0,19 мм/зуб;

- Обработка чугуна

S_{z max} = Sz_ТK_S0 = 0,6 Ħ 1,2 = 0,72 мм/зуб;

S_{z min} = Sz_ТK_S0 = 0,23 Ħ 1 = 0,23 мм/зуб;

3.3) Цилиндрические фрезы из БРС [2, с.253 - 254, карта 1]:

- Обработка конструкционной стали

S_{z max} = Sz_ТK_S0 = 0,52 Ħ 1,2 = 0,62 мм/зуб;

S_{z min} = Sz_ТK_S0 = 0,16 Ħ 1 = 0,16 мм/зуб;

- Обработка чугуна

S_{z max} = Sz_ТK_S0 = 0,38 Ħ 1,2 = 0,46 мм/зуб;

S_{z min} = Sz_ТK_S0 = 0,13 Ħ 1 = 0,13 мм/зуб;

Из всех значений S_{z max} и S_{z min} для дальнейших расчетов выбираем самое наибольшее и самое наименьшее:

,

Округляем полученные минутные подачи до значений нормального ряда станкостроения по отраслевому стандарту ОСТ2Н11-1, принимаем:

S_{м min} = 40 мм/мин, S_{м max} = 2800 мм/мин

Определяем диапазон регулирования подач R_S по формуле:

(2)

4) Определяем предельные скорости резания V_max и V_min

При определении наименьшей скорости резания V_min принимаем: материал заготовки - высокопрочная легированная сталь (НВ ≥ 170, σ_в ≥ 750 МПа), материал режущей части инструмента – быстрорежущая сталь, диаметр фрезы и стойкость – наибольшие; глубину резания и подачу на один зуб фрезы наибольшие при черновом фрезеровании; ширину фрезерования – максимальной [4, с.93].

Скорость резания V, м/мин при фрезеровании рассчитываем по формуле [3, с.282]:

, (3)

где С_V , q, m, x, y, u, p – коэффициенты [3, с.286, табл.39];

К_V – коэффициент, определяемый по формуле [3, с.282]:

, (4)

, (5)

где К_МV, К_ПV, К_ИV – коэффициенты [3, с.261 – 263, табл. 1, 2, 5, 6]

При черновой обработке конструкционной стали торцовыми фрезами из БРС с S_{z max} = 0,23 мм/зуб, t_max = 8 мм, d_max = 320 мм, Т = 280 мин [2, с.194], b_max = 200 мм, z = 30 [3, с.187]:

; ;

При черновой обработке конструкционной стали цилиндрическими фрезами из БРС с S_{z max} = 0,62 мм/зуб, t_max = 8 мм, d_max = 200 мм, Т = 200 мин [2, с.194],

b_max = 200 мм, z = 16 [3, с.182]:

; ;

При определении наибольшей скорости резания V_max принимаем: материал заготовки - сталь с σ_в = 750 МПа; материал режущей части инструмента – твердый сплав Т15К6; диаметр фрезы, стойкость, глубину резания и подачу на один зуб фрезы – минимальные; ширину фрезерования – наименьшей [4, с.93]:

При чистовой обработке конструкционной стали торцовыми фрезами из ТС с S_{z min} = 0,07 мм/зуб, t_min = 0,7 мм, d_min = 80 мм, Т = 80 мин [2, с.194], b_min = 0,5b = 100 мм, z = 16 [3, с.187]:

; ;

При чистовой обработке конструкционной стали цилиндрическими фрезами из ТС с S_{z min} = 0,19 мм/зуб, t_min = 0,7 мм, d_min = 50 мм, Т = 100 мин [2, с.194],

b_min = 0,5b = 100 мм, z = 12 [3, с.187]:

; ;