3.5.2.8 Расчет припусков опытно-статистическим (табличным) методом

Опытно-статистический метод определения промежуточных припусков основан на статистике и опыте большого числа предприятий. Основными преимуществами этого метода можно считать экономию времени на определение припуска. Данный метод позволяет определить размеры заготовок до разработки технологического процесса.

Недостатки этого метода заключаются в том, что припуски назначают без учета конкретных условий построения технологических процессов. Например, общие припуски назначают без учета схемы установки заготовки и погрешностей предшествующей обработки.

Так как опытно-статистический метод определения припуска не учитывает особенностей технологического процесса на данном предприятии, рекомендуемые припуски завышают. Завышенный припуск ориентирован на условия обработки, при которых припуск должен обеспечить работу без брака. Нормативные таблицы для выбора припусков можно использовать в условиях единичного и мелкосерийного производства и когда технологические процессы разрабатываются укрупнено. Во всех остальных случаях следует определять припуски расчетно-аналитическим методом [6].

При статистическом (табличном) методе определения промежуточных припусков на обработку поверхностей заготовок пользуются таблицами соответствующих стандартов, нормативными материалами и данными технических справочников (см. приложение 6, таблица П19).

Пример: Результаты расчетов припусков табличным методом приведены в таблице 26

Таблица 26 – Припуски на обработку поверхностей «Вал опорный».

Размер (поверхность)	Наименование перехода	Припуск на диаметр, мм
49,5	Точить начерно Точить начисто	3,5 0,35

Рисунок 7 – Схема расположения припусков, допусков и операционных размеров на обработку вала

3.5.2.10 Определение режимов обработки

Целью раздела является расчет режимов обработки для двух разнохарактерных операций.

Расчет режимов резания аналитическим методом

Разработка технологического процесса механической обработки заготовки обычно завершается установлением норм времени для каждой операции. Чтобы добиться оптимальных норм времени на операцию, необходимо в полной мере использовать режущие свойства инструмента и производственные возможности технологического оборудования.

При выборе режимов обработки необходимо придерживаться определенного порядка, т.е. при назначении и расчете режима обработки учитывают тип и размеры режущего инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип оборудования и его состояние. Следует помнить, что элементы режимов обработки находятся во взаимной функциональной зависимости, устанавливаемой эмпирическими формулами. При этом наиболее выгодными считаются такие режимы обработки, которые обеспечивают наименьшую себестоимость механической обработки при удовлетворении всех требований к качеству продукции и производительности обработки.

В общем случае необходимо соблюдать определенную последовательность назначения режимов резания tSVn, которая включает следующие этапы:

1. Глубина резания t выбирается по условию удаления припуска на обработку за один рабочий ход, но в зависимости от требований точности и шероховатости, предъявляемых к обработанной поверхности; припуск разделяют по стадиям обработки: предварительная, окончательная и отделочная.

Определение глубины резания за один рабочий ход:

а) при обработке поверхностей тел вращения

t=0,5/(d_i – d_i-1) (44)

б) при односторонней обработке плоских поверхностей

t=H_i – H_i-1 (45)

где d_i, H_i – соответственно диаметр и осевой размер после обработки;

d_i-1, H_i-1 – соответственно диаметр и осевой размер до обработки.

2. Подача на оборот S_O (мм/об) или подача на зуб (для многозубых инструментов) S_Z (мм/зуб) с учетом стадии обработки (предварительная, чистовая или отделочная) и исходя из жесткости и прочностных системы СПИЗ [12].

Подачу при черновой обработке выбирают максимально возможную, учитывая следующие ограничения: прочность механизмов привода и подачи станка; прочность инструмента; прочность заготовки; жесткость технологической системы. Мощность станка, как правило, не ограничивает подачу: при недостатке мощности следует снижать не подачу, а скорость резания.

При чистовой обработке подачу выбирают в зависимости от требований к точности и шероховатости поверхностей.

3. Скорость резания V (м/мин) определяется с учетом выбранных глубины резания и подачи, свойств обрабатываемого и режущего материалов, геометрии и стойкости инструмента по эмпирическим зависимостям

(46)

где C_V – коэффициент, учитывающие вид обработки[20];

m, x, y – показатели степени [20];

Т – период стойкости инструмента, мин [20];

K_V – коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки [20].

Наиболее выгодные периоды стойкости принимаются по нормативам с учетом сложности изготовления и наладки инструментов.

4. Частота вращения шпинделя n (мин^-1) определяется по формуле

(47)

где V – расчетная скорость резания (м/мин);

 =const=3,14;

D – диаметр обрабатываемой поверхности (режущего инструмента) (мм).

В справочной литературе и каталогах на металлорежущие станки обычно указывается минимальная и максимальная частота вращения шпинделя станка, и подача, поэтому необходимо производить расчет промежуточных указанных значений.

По паспортным данным станка определяют n_СТ, близкую к расчетной.

После назначения частоты вращения шпинделя определяют минутную подачу

S_MИН=S_On_СТ (48)

Расчет режимов резания аналитическим методом должен производиться не более чем на одну–две операции. Для остальных операций технологического процесса механической обработки детали режимы резания определяются по табличным нормативам соответствующей учебной и справочной литературы.

Пример: Расчет режимов резания аналитическим методом проводим на токарную операцию 010.

1 Исходные данные.

1. Деталь – «Вал опорный».

2. материал- сталь 45 _В=570 МПа.

3. Заготовка – штамповка.

4. Обработка – токарная черновая.

5. Оборудование – токарно-винторезный станок 16К20Ф3.

6. Тип производства – среднесерийное.

7. Приспособление – патрон поводковый с плавающим центром, центр вращающийся.

8. Смена детали – ручная

9. Жесткость станка – средняя

2 Содержание операции, содержание переходов и величина припуска

Таблица 27 – Содержание перехода

Содержание перехода	Припуск на 
Точить поверхности, выдержать размеры: 49,9-0,39; 47,5-0,39; 45,5-0,39	3,5 3,5 3,5

3 Выбор режущих инструментов

Переход 1 Резец токарный проходной сборный с механическим креплением твердосплавных пластин. h=20 b=20 L=140 Пластина 3х-гранная, Т5К10 =90°, ₁=8°, =0; =11°

4 Данные оборудования

Модель – 16К20Ф3.

Мощность – 10 кВт.

Число скоростей шпинделя – 22.

Частота вращения шпинделя 12,52000 мин^-1.

Подача суппорта: продольная (31200) мм/мин.

поперечная (1,5600) мм/мин.

Число ступеней подач: б/с.

5 Расчет режимов резания

Глубина резания t=1,75 мм.

Подача S=0,5 мм/об [20, с. 268].

Расчётная скорость резания:

где С_V – поправочный коэффициент; С_V=350 [20, с. 269];

Т – стойкость, мин; Т=60 мин [20].

t – глубина резания, мм;

m, х, у – показатели степени; m=0,2, х=0,15, у=0,35, [20, с.270];

K_V– поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания [20, с. 282];

K_V=K_MVK_ПVK_ИV, (49)

где K_MV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [20, с.261];

K_ПV – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки; K_ПV=1,0 [20, с. 263];

K_ИV – коэффициент, учитывающий материал инструмента; K_ИV=0,65 [20, с. 263];

(50)

где K_Г – коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости; Кг=1,0 [20, с. 262];

_В – предел прочности;

n_V – показатель степени; n_V=1,0 [18, с. 262];

Тогда:

Тогда:

K_V=1,311,00,65=0,85.

Тогда:

м/мин.

6 Частота вращения шпинделя:

По формуле 4.47 определяем частоту вращения шпинделя, тогда:

Переход 1: точение 49,9 мм

мин^-1.

Переход 2: точение 47,5 мм

мин^-1.

Переход 3: точение 45,5 мм

мин^-1.

7 Корректировка режимов резания по паспортным данным станка.

Фактическая частота вращения шпинделя:

Переходы 13: n=1000 мин^-1;

Тогда фактическая скорость резания:

Переход 1: м/мин;

Переход 2: м/мин;

Переход 3: м/мин.

8 Расчёт сил резания.

Главная составляющая силы резания:

Р_Z=10Cpt^xS^yVⁿKp, (51)

где Ср – поправочный коэффициент; Ср=300 [20, с. 273];

х, у, n – показатели степени; х=1,0; у=0,75; n= -0,15 [20, с.273];

Kр – поправочный коэффициент.

Кр=КмрКрКрКрКrр (52)

Кмр – поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала [20, с. 264];

, (53)

где _В – предел прочности;

n – показатель степени; n=0,75 [20, с.264];

Тогда:

;

Кр; Кр; Кр; Кrр – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания

Кр=0,89; Кр=1,0; Кр=1,0; Кrр=1,0 [20, с.275];

Тогда:

Pz=103001,75^1,00,5^0,75156,6^-0,150,810,891,01,01,0=1027 Н.

9 Мощность резания

кВт. (54)

Мощность электродвигателя привода главного движения ограничивается условием:

N_ЭФ=N (55)

где N – мощность электродвигателя главного привода станка, кВт;

 – КПД кинематической цепи от электродвигателя к инструменту.

Для станка 16К20Ф3 мощность электродвигателя N=10 кВт, =0,75.

Тогда

N_ЭФ 100,75=7,5 кВт

Отсюда заключение, т.к. 2,62 кВт< 7,5 кВт, то обработка возможна.

Расчет режимов резания статистическим (табличным) методом

При определении режимов резания статистическим методом используют нормативные таблицы в зависимости от типа производства и установленного вида обработки заготовки. Табличный метод определения режимов резания широко применяют в производственных условиях т.к. этот метод дает возможность ускорить разработку технологических процессов и сократить сроки подготовки к запуску изготовления данного изделия.

Порядок назначения режимов резания тот же, что и в аналитическом методе.

Расчет припусков табличным методом проводим по методике, описанной в [2]. Рассмотрим пример расчета на шлифовальную операцию 070.

Пример:

1 Исходные данные

1. Деталь – «Вал опорный»

2. Материал – сталь 45 _В=570 МПа, НВ 241…285.

3. Заготовка – штамповка.

4. Обработка – круглошлифовальная.

5. Оборудование – круглошлифовальный станок 3М151.

6. Тип производства – среднесерийное.

7. Инструмент – круг шлифовальный ПП 50030205 24А25С24К А 40 м/с ГОСТ 2424-83

8. Приспособление – патрон поводковый с центром, центр упорный

9. Смена детали – ручная

10. Жесткость станка – средняя.

2 Структура операций

Операция 070 Шлифовальная

Шлифовать поверхности, выдержать размеры: 47k6, 45js6

3 Расчет элементов режима обработки

1. Глубина резания t=0,03 мм.

2. Скорость главного движения резания (шлифовального круга)

При шлифовании рекомендуемое значение V_K=40 м/с [14].

3. Уточняем V_K с учетом допустимой максимальной скорости на станке 3М151. По паспорту станка n_СТ=1590 мин^-1.

4. Определяем частоту вращения круга

(56)

где V_K=40 м/с;

D – диаметр круга, мм.

Тогда мин^-1.

Следовательно, эксплуатация данного круга допускается при частоте шпинделя, не превышающей 1698 мин^-1.

В приложение 6, таблица П52 даны рекомендуемые диапазоны V_K для разных операций шлифования, применительно к массовому и серийному типам производства. В единичном и мелкосерийном производствах обычно применяется V_K =35 м/с, которая допускается на всех круглошлифовальных станках [14].

5. Скорость движения окружной подачи V_З (скорость вращения заготовки) выбирают в зависимости от скорости шлифовального круга V_K и обрабатываемого материала (см. приложение 6, таблица П51).

Принимаем V_З=35 м/мин.

6. Определяем частоту вращения заготовки, соответствующую принятой скорости движения окружной подачи.

Переход 1: мин^-1;

Переход 2: мин^-1.

Принимаем по паспорту станка (бесступенчатое регулирование) n_{З 1, 2}=240 мин^-1.

7. Тогда фактическая скорость окружной подачи

Переход 1: м/мин;

Переход 2: м/мин.

8. Выбор продольной подачи

Различают продольную подачу: на оборот заготовки – S_O (мм/об) и подачу в минуту - S_M (мм/мин).

Подачу S_O выбирают в зависимости от высоты круга В (мм) и характера выполняемой операции шлифования, определяемого коэффициентом K_B см. таблицу 28 [14].

S_O=K_BB (57)

Таблица 28 – Продольная подача стола на один оборот заготовки S_O, мм/об

Характер шлифования	Продольная подача SO=KBB	Примечание
Обдирочное	(0,70,8)В	KB – коэффициент, учитывающий характер шлифования B – высота шлифовального круга
Предварительное	(0,550,65)В
Окончательное	(0,20,3)В

Минутная подача

S_M=S_On_З (58)

где n_З – число оборотов заготовки, мин.

Зная S_M и длину рабочего хода стола станка L_РХ , можно определить число двойных ходов

(59)

L_РХ меньше длины шлифуемой поверхности l_Ш на 1/3 В, т.к. в процессе шлифования при каждом продольном ходе стола круг выходит с обоих концов заготовки на 1/3 своей высоты

Принимаем n_З=240 мин^-1, тогда

S_M=K_BBn_З=0,2530240=1800 мм/мин=1,8 м/мин

Длина рабочего хода

мм.

Число двойных ходов

9. Выбор подачи на глубину шлифования

Различают подачу на оборот заготовки t_O (мм/об) при врезном шлифовании; на одинарный ход стола i_Х (мм/ход или двойной ход стола t_ДХ (мм/дв.ход) при шлифовании с продольной подачей; в минуту t_M (мм/мин)). Между этими подачами на глубину имеются следующие зависимости [14]:

при врезном шлифовании t_M=t_On_З ;

при шлифовании с продольной подачей t_M=t_Xn_У или t_M=t_ДХn_ДХ

где n_ДХ – число двойных ходов в минуту (дв. ход/мин).

В таблица П53, П54 и П55 даны коэффициенты для уточнения величины подачи на глубину (см. приложение ).

По таблица П54 определяем глубину t_X =0,012 мм/ход, с учетом поправочных коэффициентов получаем

t_X =0,0121,10,70,8=0,007 мм/ход.

Поперечная минутная подача

t_M=0,00735=0,25 мм/мин.