Методичні вказівки до розв'язання задачі №1

При точінні розрізняють:

а) чорнову обробку, яка забезпечує, як правило, точність розмірів 14-16 квалітетів і шорсткість поверхні Rz=320-60 мкм;

б) напівчистову, яка забезпечує точність розмірів 11-13 квалітетів і шорсткість поверхні Rz=40-10 мкм;

в) чистову, яка забезпечує точність розмірів 10-8 квалітетів і шорсткість поверхні Rа= 1,25-0,32 мкм; Rz=6,3-1,6 мкм.

Кожний вид точіння ставить перед собою визначену мету.

Так, наприклад, чорнова обробка передбачає зняття максимального об'єму дефектного шару металу і мінімальний час. При цьому слід передбачити, що режим різання повинен забезпечуватися екстремальними елементами ( V, S, t), але з іншого боку необхідно забезпечити і нормальні умови експлуатації верстату та інструменту.

Чистова обробка повинна забезпечити задані одиничні показники якості: точність геометричних розмірів, точність форми, задану шорсткість і фізико-механічні властивості поверхневого шару. Тому значення елементів режиму різання скоріше всього будуть обумовлені одиничними показниками якості, жорсткості системи: верстат-пристосування-інструмент-деталь (ВПІД) і технічною характеристикою вибраного верстату.

Рішення задачі слід почати з вивчення вихідних даних: габаритів заготовки, її матеріалу, точності розмірів, шорсткості поверхні, яка підлягає обробці, способу кріплення заготовки.

Після цього необхідно вибрати верстат і по даних паспорту визначити всі необхідні параметри для розрахунку елементів режиму різання, як наприклад, число частот обертання шпинделя та їх значення, допустиме значення зусилля механізму подач Рм.п.. розміри різцетримача та ін. Перелічені дані становлять в розв'язанні задачі коротку характеристику верстату і представляються таблицею.

Вибирати верстат із великої гами токарних верстатів слід з наступних міркувань:

габаритів власне верстату (перевага надається верстатові з меншими габаритами);

можливості обробки заданої заготовки з визначеними розмірами на верстаті, який вибирають (наприклад, якщо заготовка d=40 мм і довжиною 500 мм кріпиться в патроні і її виліт дорівнює 70 мм, то необхідно вибрати верстат, діаметр отвору шпинделя якого був би більшим d=40 мм, наприклад верстат 16К20);

можливості забезпечення потрібної точності обробки і шорсткості;

технологічних можливостей верстату, які дозволяють використовувати багатоінструментальну наладку, фасонні різці і т.п.;

враховуючи коефіцієнт завантаження вибраного верстату (у випадку, якщо графік завантаження верстатів даний).

Короткі паспортні дані токарних верстатів приведені в додатку.

Наступним етапом є вибір інструменту-різця, який забезпечує найбільшу продуктивність. Вихідними даними при цьому є: вид токарної операції (наприклад, при точінні до виступу бажано вибрати прохідний упорний різець, при підрізці торця- підрізний); матеріал заготовки, вид оброки (чорнова, чистова). Студент, вибравши інструмент, повинен обгрунтувати своє рішення і дати повну характеристику різця, вказавши: тип різця, ГОСТ, технічні вимоги, форму передньої грані, матеріал різальної частини, її геометрію, матеріал державки та її розміри, критерій допустимого зношуванням h3, період стійкості Т та ін. Для цього рекомендується література [10, т. 3. С. 184]; [2], [3], [12]. Креслення вибраного різця виконується на окремому аркуші формату А4. Також в записці представляється схема обробки.

Якщо є доцільним для заданих умов, слід використовувати мастильно-охолоджуючу рідину, вказавши її склад і спосіб підведення [2, 3, 5, 12].

Потім необхідно визначити глибину різання t, мм. Для цього використати рекомендації [12, с. 133]. При чорновій обробці глибина різання t приймається рівною величині припуску - Z, але не більше 8-10 мм [2].

При напівчистовій обробці і припускові на сторону Z >2 мм обробка повинна проводитися в два проходи. Перший здійснюється з глибиною

, а другій – з . При Z2 мм напівчистова обробка проводиться за один прохід. Звичайно, для напівчистової обробки глибина різання рівна t=0,5-2 мм. Величина припуску на чистовий прохід визначається технологічними вимогами до шорсткості і точності обробленої деталі і залежить від ступені зношування інструменту, висоти нерівностей обробленої поверхні, які залишилися після чорнового проходу, глибини наклепаного шару і т.д. В більшості випадків глибина різання при чистовій обробці рівна t=0,1...0,4мм[1].

ПРИЗНАЧЕННЯ ПОДАЧІ.

З врахуванням вибраної глибини різання визначаємо максимально допустиму подачу. Її величина обмежується різними факторами. Так, наприклад, при чорновій, а іноді і напівчистовій обробці вона обмежується міцністю і жорсткістю державки інструменту і механізму подач верстату, а також міцністю твердосплавної або мінералокерамічної пластинки, при чистовій та оздоблювальній обробці - вимогами до шорсткості і точності обробленої поверхні. Розрахунок подач слід вести з врахуванням способу кріплення заготовки. Наприклад, при кріпленні деталі в патроні з піджиманням заднім центром, кінець балки, піджатий центром, рахується лежачим на задній опорі, а закріплений в патроні - защемленим.

Розрахунок подач, які допускаються прогином деталі під дією сил різання і способом кріплення на верстаті здійснюється по наступній формулі:

; (1)

де: Е- модуль пружності, (для сталі 2*103 );

f_доп - допустима величина прогину деталі.

При чорновому точінні рекомендується приймати f_доп =0,2-0,4 мм, при напівчистовому f_доп =0,1 мм і чистовому f_доп =0,2, де - допуск на розмір оброблюваної поверхні [9,табл.2.86,с.518;табл.1, с. 43], або табл. 1, 2 в додатку;

d - діаметр оброблюваної деталі, мм;

L- довжина оброблюваної деталі, мм, яка піддається деформації;

Ср_г - постійна величина, залежна від фізико-механічних властивостей оброблюваного металу і матеріалу інструменту [8,10] або табл. 4 в додатку;

t- глибина різання, мм;

НВ- твердість оброблюваного матеріалу по Брінелю;

X_pz, Y_pz, П_рz- показники ступенів при глибині різання, подачі та НВ в формулі тангенціальної сили різання [8], або табл. 4 в додатку;

К_зак- коефіцієнт, який залежить від способу кріплення; при кріпленні деталі в центрах К_зак=48, при кріпленні в патроні та центрі К_зак= 100, при консольному кріпленні в патроні К_зак=3,0;

К_пр - приведений коефіцієнт, який залежить від умов обробки;

К_ - враховує вплив головного кута в плані ;

К_ - враховує вплив переднього кута γ;

К_ - враховує вплив нахилу головного різального леза;

K_h3 - враховує вплив величини зносу різця по задній поверхні;

К_М - враховує вплив властивостей оброблюваного матеріалу;

Kr - враховує вплив величини радіуса заокруглення вершини різця в

плані r, мм.

Значення уточнюючих коефіцієнтів дані в таблицях 5, 6, 7 додатку.

Розрахунок подач по міцності і жорсткості державки різця проводиться наближено, виходячи з умов плоского прогину з врахуванням дії сили Р/, Наприклад, для державки, яка має прямокутний переріз стержня, подачу визначають виходячи з міцності державки по формулі:

; (2)

Якщо виходити з жорсткості стержня, то:

; (3)

В формулах (2)і (3):

В- ширина стержня, мм;

Н- висота стержня, мм;

[_u]- допустима напруга на згин матеріалу стержня, Мпа;

l₁ - виліт різця, мм; виліт різця повинен бути по можливості мінімальним (l₁ <H);

f*доп -допустима стріла прогину різця, мм; допустима стріла прогину

різця при чорновому точінні f*доп =0.1, при чистовому f*доп =0,03-0,05 мм.

При роботі різцями, обладнаними пластинками з твердого сплаву, максимальна подача обмежується не лише міцністю державки різця, але й міцністю власне твердосплавних пластинок. У зв'язку з цим деякі дослідники вводять поняття "ломаючих подач" – S_лом, тобто подач, при яких твердосплавна пластинка викришується. Наприклад, при точінні сірого чавуну з t=15 мм, S_лом=4 мм/об [11].

На основі експериментів та узагальнення досвіду роботи заводів отримана формула для визначення максимально допустимої подачі з умови міцності твердосплавних пластинок:

де,

С- товщина пластинки, мм;

 - головний кут в плані.

Крім того, необхідно визначити значення подачі допустимою міцністю механізму верстату.

Для цього слід використати формулу:

, мм/об (5)

де:

Р_м.п. - значення допустимої сили в Н по міцності механізму подачі; вказується в паспортних даних верстатів (див. додаток 1);

Срх- постійна величина, яка залежить від фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу і матеріалу різального інструменту;

Хр_x, Yр_х, Zp_x- показники ступенів при глибині різання, подачі та НВ у формулі осьової сили різання. Значення вище наведених величин дані в табл. 4 додатку, або в літературі [8], [10].

При напівчистовому і чистовому точінні максимальна величина подачі обмежується потрібною шорсткістю обробленої поверхні. Тому слід визначити значення подачі, використавши формулу:

, мм/об (6)

де: С_S- коефіцієнт, який враховує фізико-механічні властивості матеріалу заготовки;

-середнє арифметичне відхилення профілю , мкм;

r - радіус спряження задніх поверхонь різця (радіус при вершині), мм;

₁- допоміжний кут в плані, град.;

К₀- уточнюючий коефіцієнт;

 - головний кут в плані, град.

Значення коефіцієнтів C_S, K₀ і показників ступенів X_Rz Y_Rz u, z дані в табл. 8 додатку.

Значення R_z визначаються по нормативах згідно ГОСТ 2769-73 у відповідності із заданим класом шорсткості. Для цього можуть бути рекомендовані довідник [4], або табл. 1 додатку.

При чорновому проході, коли ні один із вище перечислених лімітуючих факторів подачу не обмежує її обмежують шорсткістю поверхні.

Визначивши по формулах (1, 2, 3, 4, 5, 6) значення подач, приймають найменшу з них за оптимальну і коректують її значення по паспортних даних; причому кінцева вибрана подача не повинна перевищувати розрахункову більше ніж на 5 %.

Наступним етапом у встановленні режиму різання є визначення швидкості різання. Для цього, використовуючи нормативи режимів різання

[6, 8], або табл. 9 додатку слід призначити стійкість різця у відповідності з величиною допустимого зношування hз, а потім по вже відомих t і S, використавши формулу:

м/хв (7)

знайти значення швидкості різання, де:

С_V- коефіцієнт, який враховує вплив фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу;

K_Vnp- приведений коефіцієнт, який враховує конкретні умови обробки:

;

K_мV-враховує вплив властивостей оброблюваного матеріалу;

K_uV-враховує вплив властивостей інструментального матеріалу;

K_nV-враховує стан поверхні заготовки;

K_V-залежить від величини головного кута в плані ;

K_1V-залежить від величини допоміжного кута в плані 1;

K_rV-залежить від величини радіуса заокруглення вершини різця в плані г, мм;

K_h3v-залежить від величини зношування різця по задній поверхні h3, мм;

Т- стійкість різця, хв;

т- показник ступені при стійкості;

t- глибина різання, мм;

S- подача різця в мм/об

Х_V, Y_V- показники ступені при глибині різання подачі;

n

31

- показник ступені для вуглецевої сталі з НВ<130 n=1,0; НВ>130 n=1,5; для легованої сталі, чавуну і мідних сплавів n=1,5.

Значення величин, які входять в формулу (7) дані в табл. 10…15 додатку.

Формула (7) дозволяє визначити швидкість різання, допустиму в конкретних умовах здатністю різця. Однак при чорновій обробці часто виникає необхідність визначити швидкість різання, допустиму потужністю

верстату:

, м/хв (8)

коефіцієнти: Сpz, Xpz, Ypz, npz-див. табл. 4.1;

Nвv- потужність верстату , кВт;

 - к.к.д. коробки швидкостей верстату, враховуючи реальну передачу,

 =0,8-0,85;

Кп- коефіцієнт допустимого перевантаження Кп = 1,15-1,2

₁ - к.к.д. коробки подач, враховуючи передачу гвинт-гайка для нарізання різьби і ККД фартуха верстату ₁=0,8-0,85.

Менша з найдених швидкостей різання буде оптимальною - V_onm.

По значенню V_onm з виразу:

, об/хв

визначимо розрахункове значення частот обертання шпинделю. За паспортними даними слід відкорегувати n_р, прийняти за оптимальне

менше найближче n_вт, або більше, що не перевищує n_р більш, ніж на 10%. Тоді дійсна швидкість різання рівна:

, м/хв

а потужність, використана на здійснення обробки визначиться з виразу:

, кВт (9)

Далі необхідно визначити коефіцієнти завантаження верстату по потужності _N і різця по швидкості _V ,

.

Слід пам'ятати, що не завжди можливо досягти одночасно високих значень цих коефіцієнтів. Таке становище пояснюється різними методами видів обробки (чистової, чорнової, напівчистової). Як правило, при чорновій обробці при відносно великих значеннях t,S,V досягається достатнє використання верстату за потужністю і різця по швидкості (ріжучих його властивостях).

При чистовій обробці, коли t, S незначні в порівнянні з чорновою обробкою, як правило _N невисокий, проте _V 100%.

Кінцевим етапом в розрахунку елементів режиму різання є визначення основного часу згідно формули:

де:

l_вр- шлях врізання, мм;

l₀-довжина оброблюваної поверхні, мм;

l_пер-шлях перебігу, мм.

Значення l_вр і l_пер визначаються по нормативах, наприклад [7].

Розраховані режими різання вносять в таблицю (приклад таблиці приведений).

Таблиця 3.Розрахунок режимів різання.

№ п/п	Вид обробки	Обладнання	Різальний інструмент	Припуск	Елементи режиму різання					Коеф. завантаження
					t, мм	S, мм/об	V, м/хв	n, об/хв	to, хв	N %	V %
1	Чорнове точіння з 85 до79	Верстат токарно- гвинторізний 1К625	Різець прохідний прямий =45о 1=10о Т30К4	3,5	3	1,14	66,725	250	1,912	61,9	104,7
2	Напівчис- тове точіння з 79 до78			0,5	0,5	0,47	310,075	1250	0,928	24,6	90,9

Задача

Обточити циліндричний валик при заданих умовах, з яких відомі розміри деталі, припуск на обробку, оброблюваний матеріал і його міцність чи твердість HB, шорсткість обробленої поверхні, діаметр заготовки D =184 мм; діаметр після обточування d = 170 мм; довжина обробки l₀ = 540 мм.

Шорсткість оброблюваної поверхні по ГОСТ 2789-73, мкм

Ra =1,6; матеріал заготовки – сталь; марка – 40ХН; НВ – 170; спосіб кріплення на верстаті – патрон і центр.