Работа №3

Выбор режимов резания и производительность токарной обработки

Цель работы:

Знание физических ограничений производительности токарной обработки.

Умение выбирать режимы резания, рациональные для конкретных условий токарной обработки

При обработке резанием время непосредственного удаления припуска, называемое основным временем (То), составляет только часть затрат времени обработки изделия на металлорежущем станке, которое может быть определено как сумма разнородных составляющих:

Тшк = То + Твсп + Тобсл + Тотд + Тпз/n,

где То - сумма затрат времени на непосредственное удаление материала (резание) с обрабатываемых поверхностей заготовки (основное технологическое время);

Твсп - сумма затрат времени, непосредственно не связанная с резанием, но необходимая для управления процессом и обеспечения качества обработки (вспомогательное время). К этим затратам времени относятся: время на установку и снятие заготовки со станка, время на смену инструмента, на измерение получаемых размеров, на вспомогательные перемещения, например, подвод и отвод инструмента, на изменение режимов обработки;

Тобсл и Тотд - затраты времени на обслуживание оборудования в ходе технологической операции и естественные надобности человека-оператора. Такие затраты обычно невелики и в зависимости от сложности и конструктивных особенностей оборудования не превышают 5%.;

Тпз - подготовительно-заключительное время затрачивается при настройке оборудования для обработки данных изделий и включает в себя время на установку приспособлений, инструмента, программного обеспечения. Так как эти затраты производятся один раз для обработки всей партии изделий, состоящей из „n“ штук, то во времени обработки заготовки учитывается только их часть, приходящаяся на одно изделие.

Таким образом, производительность обработки изделий на металлорежущем станке

П = 1/Тшк (шт/час)

зависит не только от физических особенностей процесса резания, определяющих основное время обработки (То), но и конструктивных особенностей оборудования, определяющих остальные составляющие штучно-калькуляционного времени (Тшк).

Рис.1

Основное время обработки поверхности на токарном станке может быть определено по формуле

(1)

где i – количество рабочих ходов, требуемое для удаления припуска, i=h/t (h – величина припуска, t – допустимая глубина резания)

Расстояние, на которое должен переместиться инструмент в процессе обработки, превышает размер заготовки на величины врезания lвр и перебега инструмента lп (рис 1), обеспечивающие гарантированное отсутствие касания инструмента перед рабочим проходом и окончание обработки поверхности в конце рабочего хода. Как видно из формулы 1 время обработки поверхности зависит от площади обрабатываемой поверхности (DL), удаляемого припуска (h) и режимов обработки (t,V,S_о).

Это время может быть теоретически сколь угодно уменьшено при однопроходной обработке за счет увеличения режимов резания S и V, но увеличение подачи (S) ограничено прочностью инструмента, требуемой шероховатостью поверхности, требуемой точностью обработки, мощностью применяемого оборудования, а увеличение скорости резания ограничено периодом стойкости инструмента и мощностью оборудования.

Естественно, что для повышения производительности следует стремиться обработку производить за один проход (i=1), но величина допустимой глубины резания также ограничена прочностью инструмента, требуемой точностью обработки, мощностью применяемого оборудования.

Большинство этих ограничений связаны с существенным увеличением сил, действующих на заготовку и инструмент при интенсификации режимов резания.

В системе координат, связанной с направлениями движений резания и станком, суммарную силу резания можно разложить на составляющие, имеющие определенное влияние на характер протекания процесса. Так, при точении это составляющие силы резания, действующие параллельно вектору скорости резания (Pz), вдоль (Px) и поперек (Py) оси вращения заготовки (рис.2).

Рис.2

Сила резания сложным образом зависит от механических свойств обрабатываемого материала, усредненных коэффициентов трения между обрабатываемым и инструментальным материалами на передней и задней поверхностях лезвия, геометрических параметров инструмента и режима резания. Определение составляющих силы резания производится в настоящее время на основе накопленных экспериментальных данных по эмпирическим формулам:

Pz = C_Pz V^nPz S^ypzt^xPz ПK_Pz ;

Py = C_Py V^nPy S^ypyt^xPy ПK_Py;

Px= C_Px V^nPx S^ypxt^xPx ПK_{Px ;} (2)

где C_Pz , C_Py , C_Px - постоянные коэффициенты, зависящие от обрабатываемого материала; n_Pz, y_Pz, x_Pz ,n_Py , y_Py , x_Py ,n_Px , y_Px , x_Px - показатели степени, определяющие влияние режимов обработки на составляющие силы резания, ПK_P - произведение поправочных коэффициентов, учитывающих геометрические параметры и материал лезвия инструмента, применение смазочно-охлаждающих составов при обработке и т.д.

Как показали многочисленные экспериментальные исследования, сила резания слабо зависит от скорости резания, но значительно зависит от величины подачи и практически пропорциональна глубине резания.

Значения коэффициентов для определения составляющей силы резания Pz, для некоторых наиболее распространенных случаев обработки приведены в таблице 1.

Значения коэффициентов и показателей степени для расчета составляющей силы резания Pz

Таблица 1

Обрабатываемый материал	Материал режущей части резца	Вид обработки	Составляющие в формуле Pz=
			Cp	Xpz	Ypz	npz
Конструкционная сталь и стальные отливки , в =750МПа	Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	300	1	0,75	-0,15
		Отрезание и прорезание	408	0,72	0,8	0
		Нарезание резьбы	148	=	1,7	071
	Быстрорежущая сталь	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	200	1	0,75	0
		Отрезание и прорезание	247	1	1	0
		Фасонное точение	212	1	0,75	0
Жаропрочная сталь 12Х18Н9Т	Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	204	1	0,75	0
Серый чугун, НВ 190	Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	92	1	0,75	0
		Отрезание и прорезание	158	1	1	0
		Нарезание резьбы	103	-	1,8	0,82
	Быстрорежущая сталь	Отрезание и прорезание	158	1	1	0
Медные сплавы, НВ 120	Быстрорежущая сталь	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	55	1	0,66	0
		Отрезание и прорезание	75	1	1	0
Алюминиевые сплавы		Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	40	1	0,75	0
		Отрезание и прорезание	50	1	1	0

Поправочный коэффициент K_MPz для расчета составляющей силы резания Pz при измененных свойствах обрабатываемого материала

Таблица 2

Обрабатываемый материал	Формула для определения KMPz	Показатель степени или значение коэффициента
Конструкционная или легированная сталь с пределом прочности в МПа	KMPz = (в/750)n	0,75
Серый чугун	KMPz = (НВ/190)n	0,4 –тв.сплав, 0,55- быстрореж.сталь
Медные сплавы: Гетерогенные НВ=120 НВ120 Гомогенные Медь	KMPz =1
	KMPz =0,75
	KMPz = 2
	KMPz = 1,9
Алюминий	KMPz=1
Сплавы алюминия литейные	KMPz=1
Сплавы алюминия деформируемые при в,МПа: 250 350 350	KMPz=1,5 KMPz=2 KMPz=2,75

Скорость резания, слабо влияя на силу резания, в большой степени влияет на интенсивность изнашивания инструмента и определяет период его работоспособности – стойкость (T, мин).

Поэтому величина оптимальной для данных условий обработки скорости резания определяется по эмпирической зависимости (3), исходя, в том числе, и из нормативной стойкости инструмента, которая для токарных резцов может быть принята 60…90 мин.

(3)

Где C_v, m,x,y – эмпирические коэффициенты (см.табл.3), K_v =K_mvK_nvK_иv

K_mv,K_nv,K_иv – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние материала заготовки, состояния ее поверхности и влияние инструментального материала (см.табл.3).