Обоснование основных технических характеристик приводов станков фрезерной группы. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Автоматизированные станочные и инструментальные системы»

Л.Б. ГАСПАРОВА, О.Ю. КАЗАКОВА, Э.С. ГАСПАРОВ

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДОВ СТАНКОВ ФРЕЗЕРНОЙ ГРУППЫ

Учебное пособие

Самара Самарский государственный технический университет

2017

1

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование конструкций металлорежущих станков или их модернизация начинается с обоснования технических характеристик. Несмотря на большое разнообразие типов и конструкций металлорежущих станков, имеется общая методика определения, обоснования технических характеристик их приводов. При обосновании технической характеристики того или иного привода станка приходится определять оптимальные условия обработки изделий на станке.

Оптимальный режим обработки должен обеспечивать наибольшую производительность и наименьшую себестоимость изготовления при непременном условии получения требуемого качества обрабатываемой детали. Отечественная практика механической обработки накопила огромный нормативно-справочный материал, с помощью которого можно назначить режимы резания для любого вида механической обработки. В настоящее время существуют несколько методов назначения режима резания: табличный, аналитический, графоаналитический, машинный с использованием компьютеров и специальных программ расчета.

Наиболее распространенными являются табличный и аналитический методы. При табличном методе обычно используют таблицы из соответствующих нормативных материалов и технических справочников для выбора глубины резания, подачи, скорости, сил и мощности, а также поправочных коэффициентов подачи, скорости, сил и мощности.

Аналитический (расчетный) метод определения режима резания сводится к определению по эмпирическим формулам скорости, сил и мощности резания по выбранным значениям глубины резания

иподачи.

Вучебном пособии рассматривается табличный метод назначения режима резания.

3

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Исходными данными для выполнения обоснования технической характеристики приводов станка являются:

−сведения, определяющие основное направление проектирования или модернизации металлорежущего станка;

−модель станка или его назначение. Название и модель станка определяют группу и тип станка, его габаритные размеры, предель-

ные размеры обрабатываемых изделий, размеры применяемого на станке инструмента и его тип (фреза, резец, сверло и т. д.);

−сведения об обрабатываемых изделиях (материалы обрабатываемых изделий, припуски на обработку, параметры шероховатости, точность обработки поверхностей/квалитет);

−сведения о режущем инструменте (материалы режущего инструмента, геометрия режущей части);

−тип привода главного движения и привода подач; число шпинделей и суппортов; степень универсальности. Так, если станок специальный (предназначен для выполнения одних и тех же операций), то выбор режимов резания не вызывает особых затруднений. Если

иприменяемого инструмента, но и предусмотреть в перспективе появление новых материалов, т. к. станки рассчитаны на длительный срок эксплуатации.

Станки фрезерной группы применяются для обработки плоских

ифасонных поверхностей, пазов, шлицев, уступов, зубчатых и резьбовых поверхностей, разрезания заготовок и др. Основными инструментами для станков фрезерной группы служат фрезы различных типов. Фреза представляет собой многолезвийный режущий инструмент в виде тела вращения, на образующей поверхности или на торце которого расположены режущие кромки.

При цилиндрическом фрезеровании ось фрезы параллельна обра-

батываемой поверхности (работа осуществляется зубьями, располо-

4

женными на цилиндрической поверхности), при торцовом фрезеровании ось фрезы перпендикулярна обрабатываемой поверхности (в работе участвуют зубья, расположенные как на торцовой, так и на цилиндрической поверхности фрезы).

Основные операции, выполняемые фрезерованием с применением различных фрез, показаны на рис. 1.1. Цилиндрические (рис. 1.1, а) и торцовые (рис. 1.1, б) фрезы применяют для обработки плоскостей; дисковые (рис. 1.1, в), отрезные (рис. 1.1, г), концевые (рис. 1.1, д) – для разрезания заготовок, пазовые и угловые (рис. 1.1, е) – для получения канавок и пазов; фасонные (рис. 1.1, ж) – для обработки фасонных поверхностей; шпоночные (рис. 1.1, з) – для обработки шпоночных пазов. t – глубина резания, мм; B – ширина резания, мм; DГ – направление движения резания; VS – скорость движения подачи.

Рис. 1.1. Операции, выполняемые фрезерованием. Типы фрез:

а – цилиндрические; б – торцовые; в – дисковые; г – отрезные; д – концевые; е – угловые; ж – фасонные; з – шпоночные

Этапы обоснования технической характеристики привода сводятся к определению габаритных предельных размеров обрабатываемого изделия или размеров его обрабатываемых поверхностей; оптимальных режимов обработки; предельных значений частот вращения шпинделя и подач; сил резания и эффективной мощности привода и электродвигателя.

5

2. ТАБЛИЧНЫЙ МЕТОД НАЗНАЧЕНИЯ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

Порядок выбора режимов обработки по табличному методу следующий.

1. Исходя из известных основных базовых размеров металлорежущего станка определяют предельные габаритные размеры изделий, которые можно обрабатывать на данном станке (подробно разобрано в разделе 2.1).

Характерными базовыми размерами для станков фрезерной группы являются ширина Bст и длина Lст рабочей поверхности стола.

Размеры рабочей поверхности стола фрезерного станка определятся исходя из обозначения станка. Последняя цифра в модели станка означает размерную группу рабочей поверхности станка. Размеры рабочей поверхности фрезерного станка в соответствии с их номерами приведены в табл. 2.1.

(шероховатость, точность обработки поверхностей и припуск на обработку) назначают глубину резания t (подробно разобрано

вразделе 2.2).

3.Исходя из заданных сведений об обрабатываемом изделии (шероховатость, точность обработки поверхностей) и глубины резания t по таблицам нормативов выбирают подачу SТ и корректируют ее при помощи поправочных коэффициентов. Рассчитанные значения подач для черновой стадии обработки проверяют по тангенциальной

6

(касательной) и радиальной составляющим силы резания, допустимым как прочностью привода подач станка (подробно разобрано в разделе 2.3), так и жесткостью составляющих элементов технологической системы СПИД, определяющих геометрическую точность размеров, форм и относительного расположения обрабатываемых поверхностей.

Из всех скорректированных значений подач выбирают Smax и Smin, которые и будут являться предельными для данного станка.

4.По таблицам нормативов в зависимости от найденного значения S и назначенной глубины резания t выбирают скорость резания VТ

икорректируют ее при помощи поправочных коэффициентов (подробно разобрано в разделе 2.4). Из всех скорректированных значений подач выбирают Vmax и Vmin, которые и будут являться предельными для данного станка.

5.При выполнении обоснования технических характеристик для проектирования приводов или модернизации станка необходимо определить диапазоны регулирования, знаменатели ряда и числа ступеней приводов и выполнить выбор мощности электродвигателя (подробно разобрано в разделах 2.5–2.6).

6.По найденным значениям t, S и V находят мощность, затрачиваемую на резание NT, корректируют ее значение. Рассчитанные значения мощностей резания N не должны превышать значения мощности привода главного движения станка (подробно разобрано в разделе 2.7).

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ ОБРАБАТЫВАЕМОГО ИЗДЕЛИЯ

По заданным значениям ширины Bст и длины Lст рабочей поверхности стола определяются:

– предельные значения габаритных размеров обрабатываемых заготовок:

Bmax = (0,3÷0,4)·B ст;

7

Bmin = 0,5·Bmax;

Lmax = 0,5·Lст;

Lmin = 0,5·Lmax;

– предельные значения длины обрабатываемых заготовок для продольно-фрезерных станков:

Lmax=(0,4÷0,5)·L ст;

Lmin=0,2·Lmax.

Значения максимальных и минимальных диаметров фрез вычисляются по следующим формулам:

– для цилиндрических фрез:

Dmax=(0,5÷1,0) ·Bmax;

Dmin=(0,2÷ 0,25)·Dmax;

– для торцовых фрез:

Dmax=(1,25÷1,6) ·Bmax;

Dmin=(0,2÷ 0,25)·Dmax.

Для продольно-фрезерных станков необходимые характеристики рассчитываются по следующим зависимостям:

– для цилиндрических фрез:

Dmax=(0,5÷1,0) ·Bmax;

Dmin=(0,2÷ 0,25)·Dmax;

– для торцовых фрез:

Dmax=(10÷12) ·Bmax0,5;

Dmin=(0,2÷ 0,25)·Dmax.

Рассчитанные диаметры фрез сверяются с рядом предпочтительных чисел, после чего выбираются окончательно [1].

2.2. РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ГЛУБИНЫ РЕЗАНИЯ

Глубина резания t (мм) при фрезеровании определяется величиной срезаемого слоя металла на длине дуги резания и измеряется в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности

(рис. 2.1).

8

При черновой обработке назначают по возможности максимальную глубину, равную всему припуску на обработку или большей части его, при чистовой обработке – в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

Если для обработки детали требуется несколько стадий, общий припуск на обработку делится по глубинам резания для каждой из них; величина общего припуска при фрезеровании определяется по прил. 2.

При этом необходимо вначале выбрать глубину резания для стадии, обеспечивающей окончательное получение размеров детали. Затем последовательно выбирают глубину резания для промежуточных стадий обработки.

Глубину резания, необходимую для получения получистовой, чистовой и отделочной стадий обработки, определяют по прил. 3.

Например, если деталь требует обработки по всем четырем стадиям, глубина резания определяется следующим образом. Выбирают сначала глубину резания для IV (отделочной) стадии, затем глубины резания для III (чистовой) и II (получистовой) стадий обработки. Затем определяют разность между величиной общего припуска и суммой глубин резания для получистовой, чистовой и отделочной стадий.

Полученная величина будет являться глубиной резания на черновой стадии обработки.

2.3. ВЫБОР ПРЕДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПОДАЧ

Подача при фрезеровании – это отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой заготовки в направлении движения подачи, к числу оборотов фрезы или к части оборота фрезы, соответствующей угловому шагу зубьев. При фрезеровании различаются следующие виды подач:

– подача на зуб (перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее повороту фрезы на один угловой шаг зубьев, рис. 2.2) Sz, мм/зуб;

10