7. Расчёт режимов резания

7.1 Режимы резания при точении

Вначале определим для заданной обрабатываемой поверхности глубину резания t, мм, из условия максимального числа проходов. Количество черновых и чистовых проходов зависит от материала и качества поверхности заготовки, величины припуска, требуемых точности и шероховатости обработанной поверхности, материала режущей части инструмента.

1) Глубина резания t, мм, (при наружном продольном точении)

t= , (3)

где D₀ –диаметр поверхности до обработки , мм;

D₁ – диаметр поверхности после обработки, мм.

t=мм,

Так как глубина резания не превышает 5 мм, тообработку произ водим за один проход.

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

S=, (4)

где r – радиус скругления вершины резца, мм;

R_z – высота неровностей по ГОСТ 2789 – 73, мм.

S= мм/об;

Для дальнейших расчётов значение подачи принимается ближайшее меньшее по паспорту станка.

S₁=0,05 S₄=0,09 S₇=0,15 S₁₀=0,25 S₁₃=0,4 S₁₆=0,7 S₁₉=1,2 S₂₂=2

S₂=0,06 S₅=0,1 S₈=0,175 S₁₁=0,3 S₁₄=0,5 S₁₇=0,8 S₂₀=1,41 S₂₃=2,4

S₃=0,075 S₆=0,125 S₉=0,2 S₁₂=0,35 S₁₅=0,6 S₁₈=1 S₂₁=1,6 S₂₄=2.8

Принимаем фактическую подачу S_ф = 0,5, мм/об.

3) Расчётная скорость резания при точении V_p, м/мин, вычисляется по эмпирической формуле

, (5)

где Cv – коэффициент, зависящий от материала инструмента, заготовки и условий обработки;

T – расчётная стойкость инструмента;

Xv, Yv – показатели степени влияния t и S на Vp;

Kv – поправочный коэффициент на изменённые условия, который определяется последующей формуле

K_V= K_MV K_nV K_UV K_ΨV K_ФV, (6)

Численные значения Cv, T и показателей степеней m, Xv, Yv:

Хv = 0,15; Cv = 350; Yv = 0,35; m = 0,2; T = 60; K_MV =750/σ_в =750/540=1,38;

Knv = 0,85; K_UV = 1; K_ΨV =1; K_ФV = 1;

По формуле (6) получаем

Kv = 1,38·0,85·1·1·1 = 1,173

Тогда по формуле (5) подсчитываем расчётную скорость резания

, м/мин

4) По расчётной скорости резания определяется частота вращения шпинделя, об/мин

, (7)

где D₀ –диаметр поверхности до обработки , мм;

П = 3,14; Vp = 173,6 м/мин

С учётом полученных величин, частота вращения шпинделя станка равна

Из паспортных данных станка принимается фактическая величина частоты вращения шпинделя:

n₁= 12,5 n₄= 25 n₇=50 n₁₀=100 n₁₃=200 n₁₆=400

n₂= 16 n₅=31,5 n₈=63 n₁₁=125 n₃₁₄=250 n₁₇=500

n₃= 20 n₆= 40 n₉=80 n₁₂=160 n₁₅=315 n₁₈=630

n₁₉=800 n₂₀=1000 n₂₁=1250 n₂₂=1600

Принимаем фактическую частоту вращения шпинделя– n_Ф = 800,об/мин.

Фактическая скорость резания определяется по формуле

, (8)

где D₀ –диаметр поверхности до обработки , мм;

n_Ф – фактическая частота вращения шпинделя;

П = 3,14;

Фактическая скорость резания равна

5) Определяем приемлемость найденных режимов резания

Найденные режимы могут быть приняты только в том случае, если развиваемый при этом крутящий момент на шпинделе М_шп будет больше момента создаваемого силами резания М_рез, или равен ему.

М_шп ≥М_рез (9)

Определяем тангенциальную силу Р_z, создающую крутящий момент М_рез определим по формуле

P_z=C_pzt^XpzS_ф^Ypz V_ф^npzK_p (10)

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 (11)

Числовые значения коэффициентов и показателей степеней приведены в литературе [1]: C_PZ = 300·9,8 = 2940 , H; X_pz = 1; Y_pz = 0,75; n_pz = 0,15;

К_мр = 1; К_φр = 1; К_γр =1; К_Гр = 0,93; К_λр = 1;

Таким образом по формуле (11)получаем :

K_p = 1·1·1·0,93·1 = 0,93

Тогда по формуле (10) находим тангенциальную силу Р_Z

P_z=29403,4¹0,5^0,75167^-0,150,93=2523, H

Крутящий момент, Н·м, потребный на резание, подсчитываем по формуле

, Н·м (12)

Подставляя численные значения в формулу (12) получаем

, Нм

Крутящий момент, развиваемый на шпинделе и рассчитанный по слабому звену, принимается из паспортных данных станка, Н·м

, Н·м (13)

где -мощность приводного электродвигателя, кВт;

ή – КПД станка.

Подставляя численные значения в формулу (13) получаем

Нм,

Условие приемлемости режимов резания М_шп ≥ М_рез выполняется, то есть потребляемый на резание крутящий момент получился меньше развиваемого на шпинделе, значит станок выбран правильно.

6) Определяем коэффициент использования полезной мощности станка по формуле

, (14)

где N_под – потребная мощность на шпинделе

, кВт (15)

где N_э = эффективная мощность на резание, кВт, определяемая по формуле

, кВт (16)

Подставляя полученные значения в формулу (20) получим

, кВт

Найденную эффективную мощность подставим в формулу (15)

, кВт

Тогда найдём коэффициент использования мощности по формуле (14)

7) Подсчитываем фактическую стойкость инструмента Т_Ф мин, с учётом показателя стойкости m по формуле

, мин (17)

где V_P и T- расчётные значения скорости и стойкости инструмента

Т = 100 мин; V_p = 173,6 м/мин; V_ф = 167, м/мин

Подставим в формулу (17) численные значения и определим Т_Ф

8) Определяем основное технологическое (машинное) время, мин, то есть время затраченное на процесс резания по формуле

, мин (17)

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

L = l+l₁+l₂, (18)

i – число проходов;

n_ф - частота вращения шпинделя, об/мин;

S_ф - подача, мм/об;

За длину обработки l, мм, принимается путь, пройденный вершиной инструмента в процессе резания и измеренный в направлении подачи. Величина врезания l₁, мм, при точении вычисляется из соотношения

, (19)

где t – глубина резания, мм;

φ – главный угол резца в плане.

Подставим в формулу (19) значения и получим

Найдём расчётную длину обработки по формуле (18)

L = 10+3,4+3 = 16,4 , мм

Тогда по формуле (22)найдём время, затраченное на процесс резания

7.2 Режимы резания при фрезеровании

1) Глубина резания t, мм, зависит от припуска на обработку и требуемого класса шероховатости обрабатываемой поверхности. Если глубина резания t ≤ 5 мм , то обработку (фрезерование)ведут за один проход. В данном случае глубина резания t = 5, мм и обработку проведём за один проход.

2) Величину подачи выбирают по справочной литературе в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, режущего инструмента и требуемого класса шероховатости поверхности.

На фрезерных станках настраивается минутная подача S_M, мм/об, то есть скорость перемещения стола с закреплённой заготовкой относительно фрезы. Элементы срезаемого слоя, а следовательно и физико-механические параметры фрезерования, зависят от подачи на зуб S_Z , то есть перемещение стола с деталью(мм) за время поворота фрезы на один зуб. Шероховатость обработанной поверхности зависит от подачи на один оборот фрезы S₀ , мм/об.

Между этими тремя значениями имеется следующая зависимость

S_M = S₀ · z · n = S₀ · n (20)

где n и z – соответственно частота вращения и число зубьев фрезы

Значение подачи S_Z возьмём из справочной литературы: S_Z = 0,1 , мм/зуб

При отсутствии паспортных данных станка значение всех ступеней подач могут быть подсчитаны на основании закона их изменения по геометрической прогрессии

S_max = S_min·φ^z-1 (21)

где S_max и S_min – предельные значения подач станка;

φ – знаменатель геометрической прогрессии;

z – число ступеней подач.

Значения S_max , S_min и z указаны в технической характеристике станка.

Знаменатель геометрической прогрессии определяется по формуле

, (22)

С учётом исходных данных знаменатель геометрической прогрессии определяется

Принимаем из стандартного ряда φ = 1,26

Зная знаменатель геометрической прогрессии можно подсчитать значение всех ступеней подач, мм/мин:

S₁=25

S₂=S₁_s=25·1,26=31,5;

S₃=S₁_s²=25(1,26)²=40;

S₄=S₁_s³=25(1,26)³=50;

………………………………

S₁₂=S₁_s¹¹=25(1,26)¹¹=318;

S₁₃=S₁_s¹²=25(1,26)¹²=400;

……………………………….

S₁₈=S₁_s¹⁸=25(1,26)¹⁷=1271

3) Расчётную скорость резания определим по эмпирической формуле

, м/ мин (23)

где C_V – коэффициент скорости резания, зависящий от материала режущей части инструмента и заготовки и от условий обработки;

T – расчётная стойкость фрезы, мин;

m – показатель относительной стойкости;

X_V, Y_V, U_V, p_V , q_V - соответственно показатели степени влияния глубины резания, подачи, ширины фрезерования, числа зубьев и диаметра фрезы на скорость резания

K_V – поправочный коэффициент на изменённые условия

Значение коэффициента и показателей степени в формуле скорости резания при фрезеровании:

C_V = 332; q_V =0,2; X_V = 0,1; Y_V = 0,4; U_V =0,2; p_V = 0; m = 0,2;

Поправочный коэффициент K_V определяется как произведение ряда коэффициентов

K_V = K_Mv·K_nv·K_Uv , (24)

где K_Mv – коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания;

K_nv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

K_Uv – коэффициент, учитывающий инструментальный материал;

K_Mv = C_M · = = 1,38; K_nv = 0,8; K_Uv = 1;

Из формулы (22) найдём поправочный коэффициент

K_V = 1,38 · 0,8 · 1 = 1,104

Тогда по формуле (21) найдём расчётную скорость резания

4) Частота вращения шпинделя, об/мин подсчитывается по формуле

, об/мин (25)

где V_p – расчётная скорость резания, м/мин;

D – диаметр фрезы, мм.

Тогда найдём расчётную частоту вращения шпинделя

5) Теперь подсчитаем фактическую частоту вращения n_Ф, ближайшую из паспортных данных станка. Для этого найдём φ_n и определим весь ряд n

, (26)

где n_z и n₁ – максимальное и минимальное значение частоты вращения

n – количество ступеней частоты вращения.

Принимаем из стандартного ряда φ = 1,26

Запишем ряд n - частот вращения станка

n_{1 =}31; n₂ = n₁·φ_n = 31·1,26 = 39,1

n₃=n₁_n²=31(1,26)²=49,22

n₄=n₁_n³=31(1,26)³=62

………………………………

n₁₂=n₁_n¹¹=31(1,26)¹¹=394

n₁₃=n₁_n¹²=31(1,26)¹²= 496,4

...............................................

n₁₈=n₁_n¹⁷=31(1,26)¹⁷=1576,4

Таким образом принимаем n_Ф = 993, об/мин

Теперь можно определить фактическую скорость резания V_ф по формуле

, (27)

где D – диаметр фрезы , мм;

n_ф – фактическая частота вращения, об/мин.

6) Определим фактическую подачу на зуб

Минутную подачу подсчитываем по формуле

S_M = S_Z · z · n_ф (28)

Подставив значения в формулу (28) получим

S_M = 0,1·8·993 = 794,4 , мм/мин

Определим значение S_M ближайшее меньшее из паспортных данных станка

S_M = 635 , мм/мин

Определим фактическую подачу на зуб

, (29)

Подставляя в формулу (29) получим

7) Силу резания при фрезеровании определяем по эмпирической формуле

, (30)

где t – глубина фрезерования;

S_Z – фактическая подача, мм/зуб;

z – число зубьев фрезы;

D – диаметр фрезы, мм;

n_Ф – фактическая частота вращения фрезы, об/мин.

Значение коэффициента C_p и показателей степени X_p, Yp, U_p, ώ_P, q_P следующие : C_p = 825·9,8 =8085; X_p = 1,0; Yp = 0,75; U_p = 1,1; ώ_P = 0,2; q_P = 1,3;

А = 10, мм ; z = 8; D = 100, мм; n_Ф = 993, об/мин.

Значение поправочного коэффициента K_P при фрезеровании зависит от качества обрабатываемого материала

= =0,91

Тогда получаем

8) Определим коэффициент использования полезной мощности станка

, (31)

где N_под – потребная мощность на шпинделе

, кВт (32)

где N_э = эффективная мощность на резание, кВт, определяемая по формуле

, кВт (33)

Подставляя полученные значения в формулу (20) получим

, кВт

Найденную эффективную мощность подставим в формулу (32)

, кВт

Тогда найдём коэффициент использования мощности по формуле (31)

9) Фактическая стойкость инструмента определяется по формуле

, мин (34)

где V_P и T- расчётные значения скорости и стойкости инструмента

Т = 240 мин; V_p = 415 м/мин; V_ф = 312, м/мин

Подставим в формулу (34) численные значения и определим Т_Ф

10) Основное технологическое (машинное) время подсчитывается по формуле

, (35)

где L – расчётная длина обработки;

i – число проходов; i = 1

S_M – фактическая подача мм/мин;

Расчётную длину обработки определим по формуле

L = l+l₁+l₂, (36)

где l – длина обработки; l = 33, мм

l₁ – величина врезания, мм

Величина врезания l₁ определяется по формуле

, (37)

где t – глубина резания, мм

D – диаметр фрезы , мм

B – ширина обрабатываемой поверхности, мм

Величину перебега l₂ примем равной 4 мм;

Находим расчётную длину обработки L:

L = 33+0,3+4 = 37,3 , мм

По формуле (35) вычислим основное технологическое время

8 Нормирование времени, определение расценки и себестоимости механической обработки детали

8.1 Штучное время на механическую обработку одной детали

Штучное время на обработку одной детали состоит из следующих частей: основного технологического (машинного) времени – t_о, равного сумме значений машинного времени для всех переходов данной операции, вспомогательного времени t_В равного сумме значений его для всех переходов, времени организационного и технического обслуживания рабочего места t_ОБ, времени перерыва на отдых и физические потребности t_Ф , то есть

t_шт = ∑t_o +∑t_B+t_об+t_Ф (38)

Основное технологическое (машинное) время – это время, непосредственно затраченное на процесс резания, подсчитываемое для каждого перехода.

Подсчёт основного времени при точении приводится в таблице 17

Таблица 17 – Подсчёт основного времени при точении

Наименование перехода	Длина обработки, мм	Время, мин
Подрезать торец	60	0,166
Точить поверхность	10	0,041
Сверлить отверстие	60	0,168
Нарезать резьбу	8	0,075
Подрезать торец	32	0,091
Сверлить центровочное отверстие	5	0,028
Точить поверхность	20	0,066
Точить фаску	1,6	0,05
Подрезать торец	4	0,026
Точить поверхность	60	0,166
Подрезать торец	10	0,041
Итого время		0,918

Подсчёт основного времени при фрезеровании приводится в таблице 18

Таблица 18 – Подсчёт основного времени при фрезеровании

Наименование перехода	Длина обработки, мм	Время, мм
Фрезеровать поверхность	33	0,059

Вспомогательное время – это время на установку, закрепление и снятие детали, подвод и отвод инструмента, включение и выключение станка, проверка размеров. Вспомогательное время принимается по нормативам на каждый переход и в том числе на вспомогательные переходы, переустановку и снятие детали; суммируется целиком за операцию.

Подсчёт вспомогательного времени при точении приводится в таблице 19

Таблица 19 – Подсчёт вспомогательного времени при точении

Наименование операции	Обозначение	Величина, мин
Крепление детали	tв1	0,5
Переустановка детали	tв2	0,4
Смена резца	tв3	0,1
Установка резцов	tв4	1
Итого время		2

Подсчёт вспомогательного времени при фрезеровании приводится в таблице 20

Таблица 20 – Подсчёт вспомогательного времени при фрезеровании

Наименование операции	Обозначение	Величина, мин
Крепление детали	tв1	0,5
Установка фрезы	tв2	0,7
Итого время		1,2

Оперативным временем называется сумма основного технологического и вспомогательного времени

t_оп=t₀+t_в (39)

Тогда штучное время на токарную операцию будет равно

t_{оп. ток} = 0,918+2 = 2,918 , мин

Штучное время на фрезерную операцию

t_{оп. фр} = 0,059+1,2 = 1,259 , мин

Время на организационное и техническое обслуживание рабочего места t_ОБ

Включает: время на подналадку, чистку и смазку станка, на получение и раскладку инструмента, смену затупленного инструмента.

Время на обслуживание рабочего места t_ОБ , а также на отдых и физические потребности назначается на операцию в процентах от оперативного времени по нормативам:

, мин (40)

где α – процент на обслуживание рабочего места, принимаемый на предприятиях транспорта в пределах 4-7 % от оперативного времени;

β – процент на отдых и физические потребности, состовляющие в единичном и серийном производстве 4-6 %, в крупносерийном и массовом 5-8 5 от оперативного времени

Тогда по формуле (40) определим для токарной операции

Для фрезерной операции

Теперь определим по формуле (38) штучное время:

Для токарной операции

t_{шт ток} = 0,918+2+0,29 =3,21 , мин

Для фрезерной операции

t_{шт ток} = 0,059+1,2+0,126 =1,39 , мин

8.2 Штучно-калькуляционное время на операцию

Штучно-калькуляционное время на операцию вычисляется по формуле

(41)

где t_пз – подготовительно-заключительное время на всю партию деталей, мин

n – число деталей в партии.

Подготовительно-заключительное время – это время, определяемое в целом на операцию и включает в себя: время, затраченное рабочим на ознакомление с технологической картой обработки детали, на изучение чертежа, наладку станка, получение, подготовку, установку и снятие приспособления для выполнения данной операции.

В соответствии с литературой подготовительно-заключительное время принимаем равным 40 мин.

Тогда штучно-калькуляционное время будет равно

Для токарной операции

Для фрезерной операции

8.3 Расценка на выполненную работу

Расценка на выполненную работу, то есть стоимость рабочей силы определяется по формуле

, (42)

где С_m – тарифная ставка соответствующего разряда;

К_пр – премиальный коэффициент. К_пр = 1,3;

К – коэффициент разряда.

Значение тарифной ставки принимаем равной:

Для токарной операции

Для фрезерной операции

Коэффициент К принимаем в соответствии со справочными данными, приведёнными в таблице 21. Соответственно для токарной операции принимаем пятый разряд (5), а для фрезерной операции принимаем четвёртый разряд (4).

Таблица 21

Разряды	1	2	3	4	5	6
Коэффициент К		1,36	1,85	2,15	2,49	2.89

Тогда для токарной операции получим

Для фрезерной операции

8.5 Себестоимость механической обработки

Себестоимость механической обработки деталей включает стоимость рабочей силы и стоимость накладных расходов и определяется по формуле

С = Р+Н, (43)

где Н – стоимость накладных расходов, тыс. руб;

Р – стоимость рабочей силы, тыс. руб.

Стоимость накладных расходов определим по формуле

, (44)

По формуле (44) находим Н

Для токарной операции

Н =

Для фрезерной операции

Н =

Таким образом, подсчитаем себестоимость механической обработки на каждую операцию

Себестоимость токарной операции

С = 36+18 = 54, руб

Себестоимость фрезерной операции

С = 13,2+6,6 = 19,8, руб