5.1.11. Определение параметров режима резания

Параметры оптимального режима резания определяются с учетом стойкости инструмента, качества и производительно­сти обработки. В справочной литературе приведены эмпирические формулы для определения параметров процесса для каждого способа механической обработки.

За оптимальный режим резания для конкретного вида обработки и дета­ли принимается наилучшее сочетание параметров резания, обеспечивающее максимальную производительность и качество обработанной поверхности. Как правило, этот режим соответствует и наибольшей экономичности обработки.

Рассмотрим схему определения оптимального режима резания примени­тельно к черновой обработке точением. Вначале задаются глубиной резания. Так как глубина резания не является определяющим фактором стойкости инструмента и качества поверхности, стремятся весь припуск срезать за один проход, тем самым увеличивая производительность точения. Если требова­ния точности и возможности станка не допускают этого, то припуск срезает­ся за два прохода. При первом (черновом) проходе снимается 80% припуска, а при чистовых проходах — остальные 20%. Затем, пользуясь нормативными справочными данными, выбирают станок, инструмент и максимальную по­дачу s, обеспечивающую заданную шероховатость поверхности R_a с учетом мощности станка, жесткости и динамических характеристик СПИД. После этого определяется скорость резания. Скорость главного движения резания оценивается по эмпирической формуле, связывающей все параметры обработки:

,

где C_v – коэффициент, характеризующий вид и условия обработки, учитывающий материал изделия и резца; x_v, y_v, m – показатели, зависящие от свойств обрабатываемого материала, материала резца и вида обработки.

Стойкость резца Т задается по справочным значениям, исходя из обеспечения допустимого значения износа для инструмента из выбранного материала. После вычисления скорости резания определяется соответствую­щая этой скорости частота вращения шпинделя станка, м/с: n = 1000v / (60πD_заг).

Затем рассчитываются усилие резания Р_z и величина прогиба заготовки z от силы Р_z , после чего определяют ожидаемую точность размера. Если величина прогиба 2z > 0,3δ, где δ — заданный допуск на обра­батываемый диаметр заготовки, то расчет повторяется при новой, измененной, величине подачи. Выбранный таким образом режим обработки обеспечивает макси­мальную производительность точения при заданных значениях точности детали и шероховатости ее поверхности.

5.1.12. Металлорежущие станки. Классификация металлорежущих станков

Металлорежущим станком называется техноло­гическая машина, предназначенная для размерной обработки металлических и неметаллических заготовок с целью получения деталей заданной формы и размеров с требуемой точностью и за­данным качеством поверхности.

Современные металлорежущие станки — это разнообразные и совершенные рабочие машины, использующие механические, электрические и гидравлические методы осуществления движений и управления рабочим циклом, решающие самые сложные техноло­гические задачи.

В зависимости от характера выполняемых работ станки классифицируются на группы. По классификации, разработанной Экспериментальным научно-исследова­тель­ским институтом металлорежущих станков (ЭНИМСом), все станки делятся на 9 групп:

1) токарные; 2) сверлильные и расточные; 3) шлифовальные и доводочные; 4) комбинированные; 5) зубо- и резьбообрабатывающие; 6) фрезерные; 7) строгальные, долбежные и протяжные; 8) разрезные; 9) разные.

Каждая из групп, в свою очередь, де­лится на 9 типов, характеризующих назначение станка, его компо­новку, степень автоматизации, вид применяе­мого инструмента и т. п.

Для большинства типов станков стандартами установлены основные параметры, характеризующие размеры обрабатываемых деталей или геометрические размеры станка. Например, для токарных, круглошлифовальных и зубообрабатывающих станков основным параметром является наибольший диа­метр обрабатываемой детали; для сверлильных и внутришлифовальных станков - наибольший диаметр обрабатываемого от­верстия; для фрезерных и плоскошлифовальных станков — раз­меры рабочей поверхности стола; для поперечно-строгальных и долбежных станков — наибольший ход ползуна и т д.

Однотипные станки экономически целесообразно создавать по размерным рядам. В размерный ряд входят станки подобные по кинематической схеме, конструкции и внешнему виду, но имеющие разные основные параметры-размеры. За каж­дым станком ряда закреплен определенный диапазон размеров обрабатываемых деталей. Для основного параметра того или иного размерного ряда установлен ряд стандартных значений, обычно в геометрической прогрессии с некоторым знаменателем φ. Так, для токарных станков принят φ = 1,25 и стандартный ряд наибольших диаметров обрабатываемой де­тали: 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300 мм.

Конструкции станков размерного ряда состоят в основном из унифицированных узлов и деталей, одинаковых или подобных, что удешевляет производство станков и облегчает эксплуатацию.

Типоразмер станка характеризуется его классифика­ционным типом и максимальным значением основного параметра — размера, выбранным из размерного ряда. Конкретное конструк­тивное исполнение станка данного типоразмера, предназначен­ного для заданных условий обработки, называется моделью станка. Таким образом, одному типоразмеру может соответство­вать несколько различных моделей.

Станки классифицируются по степени универсальности, сте­пени автоматизации, степени точности и по массе.

По сте­пени универсальности (специализации) станки де­лят на универсальные, специализированные и специальные.

Универсальные станки (станки общего назначения) применяют для вы­полнения разнообразных операций при обработке деталей самой широкой но­менклатуры, различных по форме и размерам. К числу универсальных отно­сятся токарно-винторезные; револь­верные; вертикально- и радиально-сверлиль­ные; консольно-фрезерные; строгальные; долбежные; кругло-, внутри- и плоскошлифо­вальные и другие станки. Универсальные станки применяют главным образом в единичном, мелкосерийном и серийном произ­водствах. Для них характерна частая смена обрабатываемых деталей и, следовательно, частая переналадка.

Специализирован­ные станки предназначаются для обработки однотипных дета­лей сравнительно узкой номенклатуры, сходных по конфигура­ции, но имеющих различные размеры. Примером таких станков являются зубо- и резьбообрабатывающие станки, станки для об­работки коленчатых и кулачковых валов, колец подшипников качения, труб, муфт и т. п. Специализированные станки имеют высокую степень автоматизации и используются в серийном и крупносерийном производстве при больших партиях обрабатывае­мых деталей, требующих редкой переналадки.

Специальные станки используют для высокопроизводительной обработки одной или нескольких почти одинаковых деталей (например, турбинных лопаток) в условиях крупносерийного и массового производства.

Применение специальных станков позволяет свести к минимуму время обработки за счет ее автоматизации и оптимизации режимов резания и конструкции инструмента.

По степени автоматизации различают простые (неавтоматизированные) станки, полуавтоматы и автоматы.

На простых станках механизированы только рабочие дви­жения, сообщаемые режущему инструменту и обрабатываемой заготовке. Все же остальные, движения (установка заготовки, подвод инструмента, изменение режима резания и т. д.) выпол­няются рабочим вручную. Такие станки применяют в единичном, мелкосерийном и серийном производствах.

В полуавтоматах автоматизированы все движения, составляющие цикл обработки, за исключением движений, связанных с установкой заго­товки и снятием обработанной детали, которые выполняются рабочим вручную.

Автоматами называются станки, на которых весь цикл обработки, включая установку заготовки и снятие об­работанной детали, осуществляется автоматически. Рабочий лишь периодически загружает в станок сортовой прокат (прутки) или партии заготовок (периодическое питание автомата) и контро­лирует размеры и качество поверхности обработанных деталей.

Станки—автоматы и полуавтоматы могут быть с механическим или гидравлическим управлением и с ЧПУ. Первые при измене­нии объекта производства требуют трудоемкой переналадки и по­этому применяются только в условиях крупносерийного и массо­вого производства. Вторые применяются в условиях производства любой серийности.

По степени точности станки делят на пять классов: нормальной Н, повышенной П, высокой В, особо высокой А точ­ности и особо точные С (мастер-станки).

Большинство универ­сальных станков относится к классу Н. Эти станки предназначены для изготовления деталей с точностью 7 - 10-го квалитетов. При переходе к станку более высокого класса точности выдерживаемый допуск обрабатываемой детали ужесточается в 1,6 раза.

Станки класса П изготовляются на базе станков класса Н, но при повышенных требованиях к точности обработки ответственных деталей станка, а также к качеству его сборки и регулировки.

В станках классов В и А точность достигается за счет конструктивных особенностей отдельных узлов при высоких требованиях к качеству изготовления, сборки и регулировки уз­лов и станка в целом.

Станки класса С изготовляются индивиду­ально и применяются для изготовления деталей, требующих наивысшей точности обработки (делительных и эталонных зуб­чатых колес, измерительных винтов, деталей станков класса В и А). Станки классов В, А и С работают в специальных термо­константных помещениях, в которых поддерживаются постоян­ные температуры и влажность.

По массе станки делят на легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10 т). В свою очередь, тяжелые станки делятся на крупные (до 30 т), собственно тяжелые (до 100 т) и особо тяжелые или уникальные (свыше 100 т).

В России принята единая система обозначений универсальных и наиболее распространенных специализированных станков, серийно выпускаемых станкостроительной промышленностью. Эта система основана на принятой классификации станков и позволяет присваивать каждой модели станка индекс (шифр), содержащий краткую техническую характеристику станка.

Индекс модели состоит из трех-четырех цифр и обычно включает в себя одну или несколько прописных букв русского алфавита. Первая цифра ука­зывает группу станка, вторая — его тип, третья и четвертая — типоразмер, характеризуемый одним из важнейших параметров станка или детали (наибольшим диаметром обработки, размерами стола и т. п.). Буква после первой или второй цифры индекса указывает на модернизацию (конструктивное улучшение) базовой модели станка, причем станок тем более модернизирован, чем дальше эта буква от начала алфавита. Буква или буквы в конце индекса обозначают модификацию (видоизменение) базовой мо­дели станка. Например, для указания класса точности станка после цифр индекса вводится соответствующая буква (кроме класса Н).

В моделях станков с ЧПУ в конце индекса вводят букву Ф с цифрой, означающей принятую систему управления: Ф1 — с цифровой индикацией и предварительным набором координат; Ф2 — с позиционной системой управления; ФЗ — с контурной системой управления; Ф4 — с универсальной системой для по­зиционной и контурной обработки. Кроме того, введены индексы, связанные с автоматической сменой инструмента: Р — смена ин­струмента поворотом револьверной головки; М — смена инстру­мента из магазина. Индексы Р и М ставятся перед индексами Ф2, ФЗ, Ф4,

Рассмотрим несколько примеров. Модель 16К20ПФЗ расшифровывается следующим образом: станок токарно-винторезный (пер­вые две цифры) с высотой центров над станиной (половина наи­большего диаметра обработки) 200 мм, очередной модернизации (К) базовой модели 1620, повышенной точности (П), с контурной си­стемой программного управления (ФЗ). Модель 2Н125 — станок вертикально-сверлильный (первые две цифры) с наибольшим ус­ловием диаметром сверления 25 мм, модернизации Н базовой мо­дели 2125. Модель 6Т80Ш — станок горизонтально-фрезерный (первые две цифры), со столом с размерами 200х600 мм — № 0 (третья цифра), модернизации Т базовой модели 680, широко­универсальный (Ш).

Для обозначения моделей специализированных и специальных станков каждому станкостроительному закону присвоен индекс из двух букв. В обозначении модели такого станка к буквам добав­ляются цифры, указывающие порядковый номер модели. Напри­мер, ЕЗ-9 — Егорьевский станкостроительный завод «Комсомо­лец», специализированный станок для нарезания зубчатых реек; МК-56 — Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий», сверлильный станок для обработки турбинных лопаток.