15.1 Расчет режимов резания при обработке детали

К режимам резания относятся глубина резания, подача и скорость резания. Сначала назначают глубину резания, затем подачу и после этого рассчитывают скорость резания.

Исходными данными для расчета режимов резания являются:

наименование и марка материала обрабатываемой заготовки, а также его физико-механические свойства;

размеры (допуски, погрешности формы детали, относительное положение поверхностей) и геометрическая форма обрабатываемой заготовки;

технические требования на изготовление детали;

материал, типоразмер и геометрические параметры режущей части инструмента;

паспортные характеристики выбранного оборудования.

При обработке заготовки за один проход глубина резания равна величине рассчитанного ранее припуска. Если обработка ведется на несколько проходов инструмента, то глубина резания назначается максимально возможной для уменьшения числа рабочих ходов инструмента. При чистовой обработке глубина резания назначается исходя из условий обеспечения заданной точности обработки и шероховатости поверхности.

Подачу выбирают максимально технологически доступную. При черновой обработке подача лимитируется прочностью и жесткостью технологической системы СПИД (станок − приспособление − инструмент − деталь), а при чистовой – точностью получаемого размера и шероховатостью обрабатываемой поверхности.

Величину подачи определяют расчетным путем и по таблицам. Расчетный метод является более точным, но он трудоемок и сложен. Кроме того, корректировка расчетного значения подачи по станку делает этот метод малоэффективным. Выбор подачи по таблицам исключает сложные расчеты и позволяет принять значения подач скорректированных по станку. Значения подач для различных видов обработки (черновая, чистовая и т. д.) и различных операций (токарная, фрезерная и т. д.) принимаются по таблицам [19].

При выборе подачи следует иметь ввиду, что она оказывает существенное влияние на качество обрабатываемой поверхности (рис. 15.1).

При малых подачах (до 0,2 мм/об) шероховатость обрабатываемой поверхности остается практически постоянной. При подачах более 0,2 мм/об, происходит резкое увеличение шероховатости поверхности. Поэтому на окончательных переходах токарной обработки (чистовое, тонкое точение), когда требуется обеспечить заданную шероховатость поверхности, подачу следует принимать до 0,2 мм/об.

Рис. 15.1. Зависимость шероховатости поверхности от подачи при постоянной

скорости и глубине резания при токарной обработке

Скорость резания определяют расчетным методом и по таблицам. Расчет производят на основе теории резания металлов. Этот способ является наиболее точным, но эффективность его применения снижается из-за необходимости корректировки полученного значения скорости по станку. Следовательно, действительная скорость резания всегда отличается от скорости резания, полученной расчетами. Табличный метод определения скорости резания значительно проще расчетного. Сущность метода заключается в том, что необходимую скорость резания определяют по специальным таблицам в зависимости от глубины резания, подачи и других факторов, а затем уточняют ее применительно к конкретным условиям обработки введением соответствующих поправочных коэффициентов.

Рассмотрим некоторые примеры определения скорости резания на различных методов обработки.

Выбор режимов резания на токарную обработку

Выбор режимов резания выполняют в следующей последовательности.

1. Выбирают рациональные марки инструментального материала и геометрические параметры инструмента.

Точение и растачивание деталей из труднообрабатываемых ста­лей и сплавов рекомендуется производить резцом с пластинками твердых сплавов. Резцы из быстрорежущей стали, в большинстве случаев марок Р6М5 и Р9К5, применяют при обработке прерывистых поверхностей, поверхностей сложного профиля, а также при нареза­нии специальных резьб.

Марки режущей части режущего инструмента для точения деталей из сталей и сплавов приведены в справочной литературе.

При обработке точных деталей с малыми подачами (0,02…0,06 мм/об.) не рекомендуется выполнять упрочняющую фаску на передней поверхности резцов; значение переднего угла уменьшается до 8…10° при обработке легкообрабатываемых материалов и до 3…5° при тонком точении труднообрабатываемых сталей и сплавов. При чистовой обработке любых материалов значения заднего угла  выдерживают в пределах 10…12°. За критерий притупления принимают износ по задней грани инструмента: 0,5 мм при чистовом и получистовом точении, 0,8…1,0 при предварительном и грубом точении. Указанные значения износа соответствуют стойкости режущего инструмента Т = 60 мин для резцов, оснащенных твердым сплавом.

В ряде случаев механической обработки назначение величины подачи связано с необходимостью получения заданной шероховатости обработанной поверхности.

Расчетные зависимости позволяют установить скорости резания применительно к процессу точения деталей при жесткой системе СПИД без использования каких-либо технологических сред. При точении маложестких тонкостенных деталей скорости резания следует умножить на коэффициент K = 0,5. Зависимости определяются при оптимальной стойкости резцов, которая при чистовой, получистовой и предварительной обработках соответствует Т = 60 мин. для уточнения расчетов, применительно к конкретным условиям обработки, установленные значения скорости резания должны быть скорректированы поправочными коэффициентами, зависящими от марки обрабатываемого материала, наличия или отсутствия охлаждения, характера обработки и т. д.

Для материалов I–III групп поправочным коэффициентом, отражающим отношение фактической скорости резания к расчетной величине, в зависимости от марки обрабатываемого материала, следует принять коэффициент обрабатываемости данной марки стали по сравнению со сталью 45.

Поправочные коэффициенты на скорость обработки в зависимости от марки обрабатываемого материала и конкретных условий обработки для сталей и сплавов приведены в таблицах [19]. Для подтверждения осуществимости выбранного режима обработки необходимо дополнительно провести аналитическую оценку усилия резания и эффективной мощности на шпинделе станка.

Рассмотрим пример расчета режимов резания при токарной обработке труднообрабатываемых материалов

Исходные данные. Деталь – валик. Операция – предварительное обтачивание по наружному диаметру до 76 мм на длину 250 мм за один проход. Обрабатываемый материал – прокат, нержавеющая сталь мартенситного класса ЭИ961 (1Х12Н2ВМФ),  = 900 МПа соответствует группе II. Размер заготовки 80320 мм. Состояние поверхности заготовки – без корки. Станок – токарно-винторезный, модель I6K20.

Режущий инструмент – резец проходной с пластинкой из твердого сплава TI5K6, размер державки резца 2516 мм, главный угол в плане  = 45°.

Стойкость резца 45 мин. Работа с охлаждением.

Расчет режимов резания выполняют в следующем порядке.

1. при черновой обработке назначают глубину резания, равную припуску t = 2 мм.

2. Определяют группу обрабатываемости стали.

Сталь ЭИ961 (1Х12Н2ВМФ) соответствует группе II.

3. определяют подачу [19], величина которой для обработки стали II группы марки ЭИ961 с размером державки резца 2516, диаметром обработки 80 мм, глубиной резания t = 2 мм рекомендуется в пределах S₀ = 0,4…0,5 мм/об. Определяют среднее значение подачи S_о = 0,45 мм/об, которое сопоставляют с паспортными данными станка. По паспорту станка принимают ближайшее значение подачи (обычно в сторону занижения). Окончательно назначают подачу S₀ = 0,4 мм/об.

4. Определяем скорость резания по формуле

, (15.1)

где С – постоянный коэффициент, зависящий от условий обработки, (в принятом примере С = 360 ); X_v – показатель степени глубины резания (в принятом примере X_v= 0,15); Y_v – показатель степени при подаче (для данного примера Y_v = 0,45; m – показатель степени стойкости инструмента (m = 0,35 при Т = 60 мин).

Значения коэффициентов С, X_v, Y_v, m принимаем из таблиц [19].

Основные параметры технической характеристики станка приведены в табл. 15.1.

Таблица 15.1

Основные паспортные данные станка 16К20

Частота вращения шпинделя п, 1/мин.	12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1200; 1600
Продольная подача so, мм/об.	0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0, 175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7
Наибольшее усилие резания, допускаемое механизмом подачи, Н	В продольном направлении на резце – 5 884
Наибольшая допустимая мощность, кВт	10

Определяем скорость резания по формуле (15.1)

Вводим поправочные коэффициенты на скорость резания: в зависимости от марки обрабатываемого материала ЭИ961 (см. табл. 1 [21]) k = 1,3, периода стойкости резца (см. табл. 16 [21]) Т = 45 мин, k_V = 1,1 и наличия охлаждения (с охлаждением k_v = 1,1).

C учетом всех коэффициентов скорость резания равна

V = 1171,31,111 = 184 м/мин.

5. По установленной скорости резания определяют частоту вращения шпинделя:

. (15.2)

По паспорту станка принимаем ближайшее значение частоты вращения шпинделя (обычно в сторону занижения) n = 630 1/мин. При этом фактическая скорость резания равна

. (15.3)

6. Усилие резания Р_z и эффективную мощность N определяют по данным [21]:

; (15.4)

, кВт. (15.5)

Расчетные значения Р_z = 1901Н и мощности N = 5 кВт сопоставляют с паспортными данными станка. Из сравнения видно, что установленные расчетные значения Р_z и N не превышают усилия резания, допускаемого механизмом подачи станка, и эффективной мощности на шпинделе станка. Следовательно, выбранный режим осуществим.

Если мощность станка недостаточна для выполнения операции, то глубину резания разделяют на несколько проходов и выполняют проверочный расчет начиная с п. 1.