7Расчет режимов резания

Производительность и себестоимость обработки изделий на металлорежущих станках, качество обработанной поверхности зависят прежде всего от принятых режимов резания. Поэтому важен выбор их оптимальных значений при проектировании технологического процесса механической обработки.

7.1Режим резания при точении.

1)Найдем глубину резания t,мм. из условия минимального числа проходов:

t=,

где Д₀-диаметр поверхности до обработки, мм;

Д₁-диаметр поверхности после обработки, мм. Подставляя известные значения:

Д₀=116;

Д₁=112;

t=мм,

Так как глубина резания не превышает 5 мм, то обработаем данную деталь за один проход.

2)Найдем значение подачи S,мм/об по формуле:

S=,

где r – радиус округления вершины резца, мм;

R_z – высота неровностей, мм;

R=1мм;

R_z=4010^-3мм;

S= мм/об;

3)Расчетная скорость резания при точении V_р, м/мин, вычисляется по эмпирической формуле:

где С_v - коэффициент, зависящий от материала инструмента, заготовки и условий обработки;

Т - расчетная стойкость инструмента;

X_v, Y_v - показатели степени влияния t и S на V_р;

S_ф- фактическая подача

К_v - направленный коэффициент на измененные условия, которые вычисляются по формуле:

К=К_MvК_nvК_UvК_vК_Фv...

где К_мv -коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала;

К_nv-качество (состояние) заготовки;

К_Uv-материал режущей части инструмента;

К_v-главный угол в плане;

К_ф.-форма передней грани инструмента;

Значения коэффициентов и показателей степени формулы найдем в литературе [1.].

S_ф находим согласно закона изменения её по геометрической прогрессии, знаменатель  который определяется по формуле:

,

где S_z и S₁ – максимальное и минимальное значения подачи;

z – количество ступеней подачи;

,

Значение не совпадает со стандартными нормами станкостроения. Поэтому примем

Теперь определим весь ряд S по геометрической прогрессии:

S₂=S₁_s=0,051,12=0,056;

S₃=S₁_s²=0,05(1,12)²=0,063;

S₄=S₁_s³=0,05(1,12)³=0,071;

………………………………

S₁₂=S₁_s¹¹=0,05(1,12)¹¹=0,174;

S₁₃=S₁_s¹²=0,05(1,12)¹²=0,195;

……………………………….

S₂₀=S₁_s¹⁹=0,05(1,12)²=0,491;

S₂₁=S₁_s²⁰=0,05(1,12)²⁰=0,482;

S₂₂=S₁_s²¹=0,05(1,12)²¹=0,54;

S₂₃=S₁_s²²=0,05(1,12)²²=0,605;

Из данного ряда следует, что ближайшая меньшая из числа осуществляемых на станке S_ф равна S_ф=0,54 мм/об;

Согласно таблице [1] коэффициенты формулы имеют следующие значения:

;

К_nv=0,8; К_Uv =1,00; К_v =1,00; К_Фv = 1,00.

Тогда подставляем данные значения в формулу:

Получаем:

К_v=10.8111=0.8 ,

Значения коэффициентов С_v , Т, X_v, Y_v , m имеют следующие значения:

С_v =350, Т=100, X_v=0,15, Y_v =0,35, m=0,2

4)По расчетной скорости резания подсчитаем частоту вращения шпинделя, об/мин.

,

где D₀ - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

V_p – скорость резания, м/мин;

Теперь подсчитаем фактическую подачу величины n,ближайшую меньшую из паспортных данных станка. Для этого найдем _n и определим весь ряд n

,

где n_z и n₁-максимальное и минимальное значения частоты вращения;

z-количество ступеней частоты вращения;

,

Примем _n=1,26

Значение _n не совпадает со стандартным. Теперь определяем n_ф из геометрического ряда:

n₂=n₁_n=12,051,26=15,57;

n₃=n₁_n²=12,050(1,26)²=19,8;

n₄=n₁_n³=12,050(1,26)³=25,0;

………………………………

n₁₂=n₁_n¹⁹=12,05(1,26)¹¹=1009,14;

n₁₃=n₁_n²⁰=12,05(1,26)¹²=1271,51;

Таким образом n_ф=1009,14об/мин;

Теперь мы можем определить V_ф по формуле [1]

где Д₀-диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

n_ф- частота вращения шпинделя, об/мин;

5)Определим тангенциальную силу P_z, создающую крутящий момент M_рез по формуле [1]:

P_z=C_pzt^xpzS_ф^ypz V_ф^npzk_p

где C_pz-коэффициент, зависящий от материала и условий обработки;

X_pz, Y_pz, n_pz-показатели степени влияния режимов резания на силу P_z;

Поправочный коэффициент на измененные условия, подсчитываемый как произведение ряда поправочных коэффициентов, вычисляется по формуле[1]:

K_p=K_MPK_pK_pK_upK_{p}

Числовые значения коэффициентов и показателей степеней приведены в литературе [1]

Таким образом получаем :

K_p=10,891,01,00,931=0,8277

По формуле вычисляем тангенциальную силу:

P_z=294020,54^0,75367,569^-0,150,8277=12,64 H

Крутящий момент М_рез, потребный на резание подсчитывается по формуле

,

где P_z- тангенциальная сила, Н;

D₀- обрабатываемый диаметр, мм;

Нм,

Крутящий момент М_шп подсчитывается по формуле[1]:

,

где -мощность приводного электродвигателя, кВт;

По формуле получаем

кНм,

6)Коэффициент мощности станка определяется по формуле[1]

,

где -мощность приводного электродвигателя, кВт;

N_под-потребная мощность на шпинделе, которая рассчитывается по формуле:

где N_э -эффективная мощность на резание, определяемая по формуле[1]

Подставив значения, получим

Теперь вычислим коэффициент использования мощности станка

7) Фактическая стойкость инструмента Т_ф рассчитываем по формуле [1]:

где V_ф – фактическая скорость резания, м/мин;

V_p и Т- расчетные значения скорости и стойкости инструмента;

m- показатель стойкости инструмента.

Вычислим Т_ф по формуле:

8) Основное технологическое (машинное) время.

Время, затраченное на процессе резания определяется по формуле [1]:

где L – расчетная длина обработки, вычисляется по формуле [1]:

L = l+l₁+l₂,

где l - длина обработки, мм;

l₁ – длина врезания, мм;

l₂ – длина перебега инструмента, мм.

Величина врезания рассчитывается по формуле [1]:

_{где t-глубина резания, мм;}

_{-главный угол резца в плане;}

_{Величину перебега принимаем равной 4мм;}

_{Вычислим расчетную длину обработки по формуле:}

_{L=42+0+4=46мм}

_{По формуле вычислим основное время:}

7.2.Расчет режимов резания при сверлении

1)Определим глубину резания при сверлении по формуле:

где D-диаметр сверла, мм;

_{Расчитаем подачу по формуле:}

_S=CsD^x_Ks

где С_s- коэффициента, зависящий от механических свойств материала;

X-показатель степени, принимаем равным 0,6;

K_s-поправочный коэффициент, вводимый при длине сверления более трех диаметров сверла, принимаем равным 0,8;

Коэффициент C_s рассчитаем по формуле:

где _B-прочность стали, Мпа;

Тогда по формуле получаем, что

S=0,08710^0,60,8=0,277мм/об

2) Рассчитаем скорость резания при сверлении по формуле:

где Т-раcчетная стойкость сверла, мин;

K_v-коэффициент, который вычисляется по формуле;

S_ф- фактическая подача;

K_v=K_MVK_nvK_1V

где K_MV-поправочный коэффициент, зависящий от материала;

K_nv- коэффициент, зависящий от состояния поверхности;

Значения коэффициентов и показателей степеней 1,Y_v и qv-берутся из таблицы[1]

S_ф- находим согласно закона изменения ее по геометрической прогрессии, знаменатель  которой определяется по формуле:

где S_z и S₁-максимальное и минимальное значения подачи;

Z-количество ступеней подачи;

Значение не совпадает со стандартными нормами станкостроения. Поэтому примем

Теперь определим весь ряд S по геометрической прогрессии:

S₂=S₁_s=0,11,26=0,126;

S₃=S₁_s²=0,1(1,26)²=0,159;

S₄=S₁_s³=0,1(1,26)³=0,2;

S₅=S₁_s⁴=0,1(1,26)⁴=0,252;

Из данного ряда следует, что ближайшая меньшая из числа осуществляемых на станке S_ф=0,2м/об;

Согласно таблице [1] коэффициенты формулы имеют следующие значения:

K_nv=1,0; K_1V=0,7;

Тогда подставляем данные значения в формулу:

Получаем:

K_v=110,7=0,7

Значения коэффициентов С_v , Т, Y_v , m,q_v имеют следующие значения:

С_v7; Т=25; Y_v=0,7; m=0,2; q_v=0,4мин

Тогда получаем

3)Частоту вращения шпинделя рассчитаем по формуле

где D-диаметр сверла, мм;

V_p – скорость резания, м/мин;

Теперь подсчитаем фактическую подачу, величину n, ближайшую меньшую из паспортных данных станка. Для этого найдем _n и определим весь ряд n по формуле

где n_z и n₁- максимальное и минимальное значения частоты вращения;

z-количество ступеней частоты вращения

Примем _n =1,41

Значение _n не совпадает со стандартным

Теперь определяем n_ф из геометрического ряда:

n₂=n₁_n=31,51,41=44,415;

n₃=n₁_n²=31,5 (1,41)²=62,625;

………………………………

n₁₀=n₁_n⁹=31,5(1,41)⁹=693,877;

n₁₁=n₁_n¹⁰=31,5(1,41)¹⁰=978,366;

Таким образом n_ф=693,88об/мин;

Теперь мы можем определить V_ф по формуле[1]

где D-диаметр сверла, мм;

N_ф-частота вращения шпинделя, об/мин;

_{4)Определим силу по формуле:}

_P0=CpD^zp_S^yp_фK

_{где Сp-коэффициент осевой силы;}

D-диаметр сверла, мм;

S-подача, мм/об;

Z_p,Y_p-показатели степени влияния режимов резания на силу P₀;

K_p-поправочный коэффициент на измененные условия;

Числовые значения коэффициентов и показателей степени приведены в литературе[1]

Z_p=1,0; Y_p=0,7; K_p=1; C_p=666;

По формуле вычисляем осевую силу:

P₀=66610⁶0,2^0,71=1295,23Н.

Крутящий момент потребный на резание М_кр рассчитывается по формуле[1]:

М_кр=С_мD^zmS_фм^ym,

где С_м – коэффициент крутящего момента;

D – диаметр сверла, мм;

S_фм – фактическая подача, мм/об;

z_m, y_{m –} показатели степени влияния на М_кр;

n_m – поправочный коэффициент на измененные условия.

В соответствии с таблицей [1] коэффициенты формулы будут следующие:

z_m=2_,0; y_m=0,8; K_m=1; С_м=0,34;

М_кр=0,3410²0,2^0,81=3,38Нм.

5)Эффективная мощность резания N_э, кВт рассчитывается по формуле:

где М_кр – момент, Нм;

n_ф – частота вращения шпинделя, об/мин;

6)Коэффициент использования мощности станка определим по формуле:

где N_пот – потребная мощность на шпинделе, кВт;

N_эд – мощность приводного электродвигателя, кВт.

Тогда рассчитав потребную мощность на шпинделе по формуле получим, что

_{где Nэ – эффективная мощность на резание, кВт(Nэ=0,24кВт);}

_{ - коэффициент полезного действия;}

_тогда

7)Фактическая стойкость инструмента определяется по формуле:

где V_p- фактическая скорость резания;

V_p и T-расчетные значения скорости и стойкости инструмента;

m-показатель стойкости;

8)Основное машинное время, затраченное на процесс резания определяется по формуле:

где L-расчетная длина обработки, равная сумме длин обработки l, l₁ –врезания и l₂-перебега инструмента;

L=l+l₁+l₂;

Величина врезания подсчитывается по формуле:

где -главный угол в плане;

Примем =60⁰

_{Величину перебега принимаем равной l2=2мм;}

_{L=30+2,89+2=34,89мм;}

_{По формуле вычислим основное время:}