книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

резцы снимают широкую стружку и потому испытывают значи­ тельные радиальные нагрузки Ру, вызывающие вибрации в работе; это заставляет работать с небольшими подачами (s = 0,02^ -т-0,1 мм/об в зависимости от материала, размера, геометрии

а)

щую кромку располагают на уровне центров. Опыты показали, что при установке дискового резца с углом 7 = 0° немного выше центра удается увеличить его стойкость.

При фасонном точении нередко применяются тангенциальные резцы (рис. 125). Они устанавливаются на необходимую глубину

240

резания и подаются по касательной к окружности обрабатыва­ емого изделия. Это обеспечивает большую точность обработки, но имеет тот недостаток, что в процессе резания по мере подачи резца непрерывно меняются углы резания: передний угол увели­ чивается от Yi Доу2 . а задний уменьшается о т а ! Д о а 2 (рис. 125, а).

При одних и тех же условиях работы тангенциальные резцы показывают большую стойкость в сравнении с радиальными. Сказываются их повышенная жесткость, пониженные силы реза­ ния, более спокойные условия работы (рис. 125, б).

Рис. 126. Резьбовые резцы

Резьбовые резцы — один из видов фасонного инструмента. Различают резцы для наружной и внутренней нарезок, а также подготовительные и отделочные. Сообразно системе резьбы приме­ няют резцы для нарезок метрической, дюймовой, модульной, газовой, трапецеидальной и т. д. На рис. 126, а -показана кон­ струкция твердосплавного резца, применяемого на ЛМЗ. Головка резца отогнута влево от стержня (при нарезании правой резьбы), и вершина резца лежит в плоскости, проходящей по левой боко­ вой стороне стержня.

По заводским данным резьбу с шагом до 3 мм рекомендуется нарезать одним резцом, а для резьбы с шагом свыше 3 мм — при­ менять сначала предварительный, а затем чистовой резец. Перед­ ний угол Y — 0ч-5°, угол при вершине резца принимается на 0°30'—1°30' меньше угла нарезаемой резьбы вследствие неизбеж­ ного разбивания угла профиля в процессе резания. Следовательно, при нарезании метрической резьбы с углом при вершине 60° резец затачивается под углом 59°30'—58°30'. Угол должен быть тем меньше, чем мягче обрабатываемый материал.

Для повышения производительности при нарезании резьбы пользуются твердосплавными резцами повышенной жесткости, дающими высокую производительность (рис. 126, б). Нарезание

241

резьбы в упор с большой скоростью необходимо начинать с ка­ навки, прорезанной в конце нарезки, закрепляя резец передней гранью вниз, и давать выход резца наружу. Этот способ работы предохраняет инструмент от поломки и улучшает отвод стружки. Для обеспечения правильного профиля резьбы предварительное прорезание резьбы выгодно производить резцами, имеющими

А-А

Рис. 127. Современные конструкции резьбонарезного ин­ струмента ВНИИ:

/ — д е р ж а в к а ; 2 — о п о р н а я п л а с т и н а ; 3 — р е ж у щ а я п л а с т и н к а ; 4 — п р и ж и м

угол резания, соответствующий обрабатываемому материалу, а зачистку — резцами с передним углом у = 0°. Во всех случаях нарезания резьбы рекомендуется обильное охлаждение эмульсией или смесью льняного масла с керосином. На рис. 127 представ­ лена современная конструкция резьбонарезного инструмента с по­ воротной твердосплавной режущей пластинкой.

ОБОБЩЕННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

Обобщенную формулу для расчета скорости резания от раз­ личных факторов иногда представляют в следующем виде:

где Cv, Ст, Си , Сф , CF, С0, Ср — соответственно коэффициенты, зависящие от обрабатываемого материала, периода стойкости резца, материала инструмента, угла в плане, размера резца, охлаждения, формы и конструкции резца.

Выражение 1182] можно было бы дополнить еще рядом пара-

t

метров, например, жесткостью системы, отношением — и пр. Формула (182) показательна, но справедлива только при условии, что все факторы не зависят друг от друга. Однако в дей­ ствительности эта зависимость имеет место и к тому же довольно сложна: не только коэффициенты, но степени при основных параметрах Т, t, s также изменяются в зависимости от самих параметров. Как было уже отмечено выше, в различных диапа-

242

зонах резания нарушается монотонный характер связей между параметрами, что значительно усложняет расчеты режимов реза­

К ним относятся такие явления, как вибрации, вызываемые недо­ статочной жесткостью системы СПИД. Колебания могут проис­ ходить в трех направлениях: вдоль вектора скорости резания; в радиальном направлении; в направлении подачи. При колеба­ ниях уменьшаются коэффициент трения, силы резания, мощность, поэтому на практике иногда искусственно накладывают высоко­ частотные колебания (20 ООО Гц, А = 0,002 мм), чтобы умень­ шить износ и повысить стойкость инструмента. Однако чаще получается обратный результат, так как при наложении ультра­ звуковых колебаний, особенно в направлении подачи, значительно уменьшается кинематический задний угол а и трение по задней грани инстумента резко увеличивается. Происходящие при виб­ рациях микроудары срывают защитные окисные пленки, что при­

Обрабатываемые материалы одной и той же марки не всегда стабильны по своим физико-механическим свойствам, как это

52.УСЛОВИЯ НАИВЫГОДНЕЙШЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

СТАНКА И ИНСТРУМЕНТА

Для полного использования современных высокопроизводи­ тельных твердосплавных и особенно минералокерамических ин­ струментов требуется большая мощность станков. Она рассчи­ тывается по формуле

< 1 8 3 а )

При расчете мощности двигателя станка в формулу вводится значение к. п. д. в качестве постоянной величины т) = 0,75. В действительности же к. п. д. может заметно отклониться от

243

своего среднего значения, особенно при скоростном резании, так как его величина зависит от степени загрузки и скорости вра­ щения шпинделя станка. В подтверждение этого приводится построенная на основании специального исследования кривая изменения к.-п. д. (рис. 128) токарно-винторезного станка 1А62

счислом оборотов шпинделя п = 11,5ч-1200 об/мин. Как видно,

к.п. д. достигает максимального значения только при полной нагрузке станка и минимальном числе оборотов шпинделя; с уве­ личением числа оборотов к. п. д. снижается. Это важное обстоя­ тельство необходимо учитывать при весьма больших числах оборотов шпинделя. Например, на полезную работу токарного

к. п. д. снижался до г) = 0,29°, если пренебречь дополнительными

низмах станка, но и расходом мощности на работу упругих дефор­ маций системы СПИД, неизбежных при вибрациях этой системы. Очевидно, использование в станках привода с подшипниками качения, сокращение цепи передаточных звеньев привода при высоких скоростях шпинделя, тщательное уравновешивание си­ стемы обеспечивали бы значительное сокращение Nx.

Некоторые исследователи считают, что наивыгоднейшая обра­ ботка возможна лишь при полном одновременном использовании мощности станка и стойкости резца. Однако нетрудно показать, что для получения наивыгоднейшего режима резания этого пра-

244

вила можно не придерживаться. Так, при обработке детали диа­ метром D и глубиной резания t допустимая скорость резания м/мин, для данного резца (при стойкости Т = 60 мин)

диаграмме нанесены четыре подобных прямых для станков с мощ­

и станка. Точки пересечения наклонных прямых для резца и станка указывают значения подач, при которых одновременно полностью используются мощность станка и стойкость резца. Согласно рис. 129 быстрорежущий резец и станок мощностью 2 кВт полностью загружаются при подаче 0,2 мм/об. Однако в случае s > 0,2 мм/об при полном использовании станка мощностью

245

2 кВт и в то же время при неполном использовании быстрорежу­ щего резца производительность получилась бы выше.

Это же относится к твердосплавному резцу Т15К6 и станку мощностью 5 кВт или минералокерамическому резцу и станку мощностью 10 кВт. В последнем случае одновременное полное

необходимо ориентироваться лишь на станок, так как резец будет

мость обработки при резании с большими подачами и соот­ ветственно с меньшей скоростью резания. Однако при чрез­ мерно больших подачах учащаются выкрашивания или поломки хрупких твердосплавных и минералокерамических резцов. Это приводит к браку изделий и, следовательно, к удорожанию про­ дукции и одновременно к уменьшению производительности вслед­ ствие слишком частых настроек станка. Очевидно, оптимальные значения s должны определяться условиями работы, т. е. требо­ ваниями к чистоте и точности обработки, прочностью режущей кромки и ее формой, мощностью станка и жесткостью системы СПИД.

Совместное полное использование станка и инструмента наи­ более эффективно только в частном случае при соответствующих соотношениях мощности станка, стойкости инструмента и размера среза. Ниже мы рассмотрим ряд приемов, применяемых для рас­ чета наивыгоднейшего режима резания.

246

53. РАСЧЕТ НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

Вариант I. Задана деталь. Станок и инструмент можно выбрать. Задача определения рационального режима резания упрощается, если можно выбрать

быть получен и на другом станке, обладающем большей мощностью сравнительно с расчетной, но тогда при полной загрузке резца станок будет недогружен, вслед­ ствие чего понизится коэффициент использования оборудования и, следовательно, увеличится стоимость продукции.

Если имеется станок с меньшей мощностью, то для получения наибольшей производительности необходимо изменить режим резания. В этом случае, зада­ ваясь определенными значениями крутящего момента М и чисел оборотов шпин­ деля п, находят наиболее выгодную комбинацию скорости резания и подачи, обес­ печивающую наименьшее время обработки и удовлетворяющую техническим тре­ бованиям, хотя при этом одновременно не будут полностью использованы станок и инструмент.

Вариант II. Заданы: станок, инструмент, обрабатываемая деталь. В пас­ порте станка указаны значения крутящих моментов, чисел оборотов шпинделя станка, подач и наибольшая сила резания Р т а х . допускаемая прочностью меха­ низма продольной подачи станка.

При расчете режима резания целесообразно ориентироваться на параметры, ограничивающие производительность станка, например прочность станка, жест­ кость системы СПИД, стойкость инструмента. Задача решается в такой последо­

Работать необходимо с ближайшей наименьшей подачей, указанной на станке.

Для работы с полученными расчетными глубиной резания t и подачей s тре­ буется крутящий момент согласно формуле

Cp^p/PD

М = —*2-1000— кгс-м.

247

Используем позицию станка с необходимым или ближайшим значением кру­ тящего момента М. При числе оборотов я, соответствующем данному крутящему

Полученную скорость резания для определенного резца проверяем по фор­ муле

Tmtx»sy" '

Эта скорость резания допускается стойкостью резца. Если она окажется меньшей сравнительно с расчетной, тогда выбирается ближайшее меньшее число оборотов, соответствующее допустимой скорости резания. Очевидно, в последнем случае станок будет не полностью использован по крутящему моменту.

54. ЦИКЛОГРАММА Д Л Я ОПРЕДЕЛЕНИ Я

НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМ А Р Е З А Н И Я

ИВЫБОРА СТАНКА

Закономерности резания и соответствующие им формулы можно выразить в виде специальных номограмм, объединенных в одном приборе. На рис. 131 представлен такой прибор — универсальная циклограмма, построенная для определенного участка, цеха. Она помогает выбрать для заданной операции наиболее подходя­ щий станок из числа станков, расположенных на участке, и решает задачу рационального его использования.

Пользуясь прибором при обработке на токарных станках, можно быстро определить следующее:

1)наибольшую допускаемую подачу s (по требуемой чистоте обработанной поверхности);

2)размер среза, допускаемый прочностью наиболее слабого звена системы СПИД, крутящим моментом станка или стойкостью резца;

3) силу резания Рг, крутящий момент М;

4)скорость резания v и необходимое число оборотов обраба­ тываемой детали п;

5)полезную мощность станка Ne, наиболее выгодную позицию станка (М,п) и самый станок из числа установленных в цехе.

Кроме того, указываются геометрия резца, рекомендуемая при обработке различных металлов, а также время обработки детали длиной 10 мм (в минутах).

НАЗНАЧЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ ПРИБОРА

Часть / выражает зависимость силы резания Рг от глубины резания t-и подачи s, построенную по формуле

Pz = Cpts0-75 кгс.

Эта часть сделана подвижной; она перемещается вверх или вниз до совпадения индекса с отметкой обрабатываемого материала. Имеет две стороны: одну для применения быстрорежущих рез­ цов и другую для твердосплавных.

248