16.2. Выбор оптимального режима резания на токарном станке

Для нормирования токарных работ необходимо выбрать рациональный режим работы оборудования и наиболее целесообразную для каждого конкретного случая последовательность обработки отдельных поверхностей детали и выполнения трудовых действий токарем.

Рациональный режим резания – это технически и экономически целесообразное сочетание глубины резания, подачи и скорости резания, при которых для данных организационно-технических условий достигаются наименьшие затраты времени на обработку детали.

Проектирование оптимального режима обработки заключается в определении прогрессивных параметров режущего инструмента и наивыгоднейших элементов резания, т.е. такого сочетания глубины, подачи и скорости, при котором будет обеспечена высокая экономическая эффективность обработки детали. Для этого необходимо следующие сведения: материал заготовки, величина припуска на обработку, размеры детали, технические условия, тип производства, вид оборудования и приспособлений и другие данные.

В теории обработки металлов и передовой практике выполнения токарных работ выработана определенная последовательность установления оптимального режима резания. При выборе режимов резания определяются в установленном порядке наиболее эффективные значения глубины резания t, подачи S и скорости обработки V с учетом существующих ограничений.

Рассмотрим последовательность проектирования рационального режима резания:

1. Выбор режущего инструмента (материалы резца, его размеры и геометрические параметры) в зависимости от заданных условий обработки.

2. Определение глубины резания. Режимы резания выбирают исходя из экономически целесообразного периода стойкости режущего инструмента. Обычно его принимают равным не менее 60 мин. При этом исходят из известного положения о том, что в результате относительно одинакового увеличения глубины резания, подачи и скорости резания стойкость резцов уменьшается в большей мере от скорости резания, несколько меньше от подачи и самое малое изменение происходит при увеличении глубины резания.

Поэтому в первую очередь выбирают глубину резания, затем – подачу и в последнюю очередь – скорость резания. Затем по этим параметрам определяют усилие, крутящий момент и мощность, необходимые для осуществления резания на заданном станке.

Глубина резания. При грубой обработке деталей глубину резания, как правило, берут равной величине припуска, т.е.

, (16.1)

где – диаметр заготовки, мм.;

– диаметр детали после обтачивания, мм.

Если снять припуск за один проход невозможно, обработку ведут в несколько проходов. Число проходов определяют отношением величины припуска к глубине резания , т.е.

(16.2)

Работа с наибольшей глубиной резания способствует сокращению затрат машинного времени.

3. Выбор подачи.

Подача – это расстояние перемещения резца относительно обрабатываемой детали.

При выборе подачи учитываются следующие факторы: жесткость обрабатываемой детали, прочность режущего инструмента, прочность механизма подачи станка, шероховатость обрабатываемой поверхности и др. Подача выбирается с учетом перечисленных факторов по общемашиностроительным нормативам режимов резания или рассчитываются по соответствующим формулам.

Подача резца может быть определена по формуле:

(16.3)

где – допускаемое усилие резания, кг;

– коэффициент, характеризующий влияние обрабатываемого материала на усилие резания (табл. 16.1)

– глубина резания, мм;

– показатели степени при глубине резания и подаче, определяющие влияние этих величин на усилие резания (табл. 16.1).

Таблица 16.1

Пример выбора коэффициента и показателей степени

Обрабаты-ваемый материал	Вид обработки	Материал режущей части резца	Коэффициент и показатели степени
			Cpz	xpz	ypz
Сталь	Обточка, расточка Отрезка, подрезка	Быстроре-жущая сталь Быстроре-жущая сталь	208 247	1,0 1,0	0,75 1,0

Допустимое усилие резания принимается как минимальное из следующих условий:

1. максимально допустимого усилия резания станка;

2. усилия, допускаемого прочностью резца, которое может быть рассчитано по формуле:

(16.4)

где – ширина резца, мм;

– высота резца, мм;

– напряжение, допускаемое материалом резца на изгиб

– вылет резца;

3. усилия, допускаемого жесткостью обрабатываемого материала:

(16.5)

где  - стрела прогиба детали (например, может быть принята равной 0,10 – 0,12 мм.);

– модуль упругости;

– момент инерции поперечного сечения детали, мм⁴;

=0,05D⁴;

– длина заготовки, выступающей из патрона, мм;

– длина детали, мм.

Рассчитанное значение подачи сравнивается с паспортными данными станка, и для дальнейших расчетов выбирается ближайшее меньшее значение по паспорту станка.

4. Расчет вертикального усилия резания. Процесс обработки металла резанием сопровождается усилием резания, которое зависит от твердости обрабатываемого материала, размера обрабатываемых поверхностей, стойкости резца и др. Это усилие можно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие: – осевое усилие, действующее в направлении подачи резания; – радиальное, направленное по радиусу к обрабатываемой детали; – вертикальное, направленное по касательной к обрабатываемой поверхности. Значение близко к значению общего усилия резания, поэтому обычно эти величины приравниваются:

, (16.6)

где – коэффициент, характеризующий влияние обрабатываемого материала на усилие резания (табл. 16.1.);

– глубина резания, мм.;

– подача резца по паспорту станка, мм/об.

Полученное значение должно удовлетворять условию .

5. Определение скорости резания. Скоростью резания называется длина пути перемещения инструмента или заготовки в единицу времени в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, определяется на основе принятого периода стойкости резца и его режущих свойств.

При продольной обточке:

(16.7)

при отрезке и подрезке:

, (16.8)

где – стойкость резца; = 60 мин.;

– общий поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки и определяемый перемножением поправочных коэффициентов, характеризующих обрабатываемость и механические свойства различных материалов, состояние поверхности заготовки, марку резца, главный и вспомогательные углы заточки, форму передней грани, радиус при вершине, сечение державки и износ резца:

, (16.9)

где – коэффициент, учитывающий стойкость резца;

– коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого металла;

– коэффициент, учитывающий материал режущей части инструмента;

- коэффициент, учитывающий главный угол резца в плане;

– коэффициент, учитывающий состояние заготовки;

– коэффициент и показатели степени, характеризующие влияние механических свойств, обрабатываемого материала, режущей части инструмента (табл. 16.2).

Таблица 16.2

Пример определения значений коэффициентов

Вид обработки	Подача, мм/об	Коэффициент и показатели степени
Точение Отрезка, подрезка	S<0,3 S=0,3+0,75 S>0,75 Без охлаждения	284 236 229 66	0,15 –	0,2 0,35 0,45 0,35	0,2 0,2

6. Расчет двойного крутящего момента. Выбранный режим резания может ограничиваться величиной крутящего момента, который допускается станком и указан в его паспортных данных для каждого интервала чисел оборотов в виде удвоенных крутящих моментов.

Двойной крутящий момент представляет собой произведение усилия резания на диаметр детали:

(16.10)

Частоте вращения по паспортным данным соответствует наибольший допустимый двойной крутящий момент на шпинделе станка . Двойной крутящий момент резания не должен превышать двойного крутящего момента на шпинделе станка, т.е. должно выполняться условие:

(16.11)

7. Расчет количества оборотов шпинделя станка или детали в минуту.

Определяется по рассчитанному значению допустимой скорости резания. Число оборотов определяется при вращательном главном движении станка:

(16.12)

где – диаметр детали или инструмента, мм.

Число двойных ходов определяется при возвратно-поступательном главном движении станка:

(16.13)

где – длина рабочего хода, мм;

– коэффициент, учитывающий отношение скорости рабочего хода к скорости холостого хода, т.е. . По паспорту станка обычно .

Полученное число оборотов или двойных ходов корректируется по паспортным данным станка. Как правило, принимается ближайшее меньшее значение.

8. Уточняется фактическая скорость резания.

Фактическая скорость резания определяется исходя из частоты вращения по паспортным данным и заданного диаметра обрабатываемой заготовки или детали:

(16.14)

9. Проверка выбранного режима резания по мощности станка. Мощность резания равна:

. (16.15)

где 60, 102 – коэффициенты перевода.

Для осуществления процесса резания на данном станке необходимо, чтобы выполнялось следующее условие:

, (16.16)

где – мощность электродвигателя станка:

- коэффициент полезного действия станка, принимаемый в расчетах 0,7-0,85.

Если это условие не соблюдается, то установленный режим резания следует изменить за счет уменьшения фактической скорости резания.

При выполнении организационных проектов рекомендуется на одну-две операции рассчитать режим резания по формулам. На остальные операции можно выбирать элементы резания по табличным нормативам, имеющимся в справочной литературе.