Призначення оптимального режиму різання табличними способом. Методичні вказівки

Призначення оптимального режиму різання є одним із важливих етапів завершення розробленого по операціям і переходам технологічного процесу механічної обробки деталі, і полягає, головним чином, у найвигіднішому співвідношенні величин глибини різання, подачі та швидкості різання, які забезпечать при даних умовах, з врахуванням максимального використання різальних здатностей інструмента і кінематичних можливостей обладнання, найбільшу продуктивність праці і найменшу вартість операції.

Так як однією із умов призначення режиму різання є наявність металорізального обладнання, то режим різання призначають або під існуючі верстати, при цьому величини подач, чисел обертів, потужність різання коректуються за паспортними даними верстату послідовно їх визначенню, або спочатку призначають режим різання, а потім вибирають верстат, характеристики якого найкраще відповідають режиму різання і на кінець коректують режим різання за його паспортними даними. В тих випадках коли немає верстатів, які могли б забезпечити оптимальний режим різання, приступають до їхнього проектування і виготовлення.

Призначення оптимального режиму різання можна проводити двома способами – аналітичним, в якому величини подач, швидкостей різання, сил різання, потужності різання і основного часу вираховують за емпіричними формулами, і табличний, в якому всі ці значення знаходять за картами, що значно скорочує час.

Призначення режиму різання слід починати із аналізу деталі, яка підлягає обробці, фізико-механічних властивостей матеріалу з якого вона виготовляється, габаритних розмірів, кінцевого стану оброблених поверхонь (шорсткість поверхонь, точність розмірів).

Такий аналіз дозволить нам вірно зорієнтуватись у виборі металорізального верстату, матеріалу різальної частини, її геометрії та розмірів різального інструменту, які повинні забезпечити необхідні технологічні вимоги.

Вибір верстата проводять з урахуванням габаритних розмірів деталі та технологічних вимог на її обробку (точність і шорсткість оброблюваних поверхонь), слід також врахувати спосіб закріплення деталі на верстаті, жорсткість деталі, жорсткість системи ВПІД, а також вартість верстата.

Вибір різального інструменту. При обробці на токарних верстатах різальним інструментом є різці, свердла, зенкери, розвертки, плашки, мітчики і т. п. Вибір інструменту починається із вибору матеріалу різальної частини, як важливого фактора, який визначає рівень режиму різання.

Застосування інструменту спорядженого пластинками із твердого сплаву доцільно застосувати для всіх видів робіт, якщо немає технологічних або інших обмежень їх застосування. До таких обмежень відносяться: перервна обробка жароміцних сталей і сплавів, фасонна обробка, обробка отворів малих діаметрів, недостатня швидкість обертання шпинделя або інструмента і т. п.

Застосування мінералокераміки доцільне при тонкому і алмазному точінні з малими подачами і глибинами різання та великими швидкостями різання.

Режими різання приведені в картах даного посібника для інструмента із швидкорізальної сталі дійсне для марок Р18 і Р9.

Вибравши матеріал різальної частини інструменту, вибираємо форму і розміри твердосплавної пластини, форму передньої поверхні різця, встановлюємо геометричні параметри різальної частини, визначаємо тип і габаритні розміри інструменту. Це все в значній мірі залежить від виду обробки, який ми проводимо чорновий, напівчистовий чи чистовий.

Вибір розмірів поперечного перерізу державок різців.

Основні розміри токарних різців загального призначення з напаяними пластинками із твердого сплаву приведені в стандартах: ГОСТ 18877–79*, ГОСТ 18878–73*, ГОСТ 18879–73*, ГОСТ 18880–73*, ГОСТ 18881–73*, ГОСТ 18882–73*, ГОСТ 18883–73*, ГОСТ 18884–73*, ГОСТ 18885–73*, а з пластинами із швидкорізальної сталі – в стандартах: ГОСТ 18870–73*, ГОСТ 18871–73*, ГОСТ 18872–73*, ГОСТ 18873–73*, ГОСТ 18874–73*, ГОСТ 18875–73*, ГОСТ 18876–73*. Розміри спеціальних різців приведені у відповідних стандартах.

Технічні вимоги до різців з пластинками із твердого сплаву приведені в ГОСТ 5688–61*Е, до різців із швидкорізальної сталі – в ГОСТ 10047–62*.

Переважає прямокутна форма поперечного перерізу державки різців, при якій врізання пластини менше „послаблює” державку. Державка з квадратною формою поперечного перерізу краще чинить опір складному згину і використовується для розточувальних і автоматно-револьверних різців, а також в інших випадках, коли відстань від лінії центрів верстату до опорної поверхні різця недостатньо велика. Державку з круглою формою поперечного перерізу використовують для розточувальних, різенарізних та інших різців, так як вона дозволяє здійснювати поворот різця і змінювати кути його заточування.

Розміри поперечного перерізу державки різця вибирають в залежності від сили різання, матеріалу державки, вильоту різця та інших факторів. Нормалізовані розміри поперечного перерізу державки різця вибирають за додатком 3, с. 129.

Ширину b чи діаметр d поперечного перерізу державки різця можна обчислити за формулами:

при квадратному поперечному перерізі (h=b)

при прямокутному поперечному перерізі (h≈1,6b)

при круглому поперечному перерізі

де P_Z – головна складова сили різання, Н (кгс); l – виліт різця, м (мм); s_з.д. – допустиме напруження при згині матеріалу державки, МПа (кгс/мм²); для державки з незагартованої вуглецевої сталі s_з.д.=200...300 МПа (≈20...30 кгс/мм²), для державки з вуглецевої сталі, підданій термічній обробці за режимом швидкорізальної сталі, s_з.д. можна максимально збільшити в 2 рази, при перервному процесі зняття стружки та швидкісному різанні приймають s_з.д.=100...150 МПа (≈10...15 кгс/мм²).

При розрахунку відрізних різців на міцність враховують, що небезпечним поперечним перерізом відрізного різця є місце переходу від робочої частини до державки. Для різців з найбільш часто використовуваним співвідношенням розмірів поперечного перерізу b/H=1/6 ширина небезпечного поперечного перерізу (рис. 1)

Максимальне навантаження, що допускається міцністю різця при відомих розмірах поперечного перерізу державки різця:

для різця з прямокутним поперечним перерізом

для різця з круглим поперечним перерізом

Рисунок 1. Схема розрахунку поперечного перерізу головки відрізного різця.

Максимальне навантаження, що допускається жорсткістю різця, визначається із врахуванням допустимої стріли прогину різця

де f – допустима стріла прогину різця при попередньому точінні, f=0,1·10^-3 м (≈0,1 мм), при заключному точінні f=0,05·10^-3 м (≈0,05 мм); Е – модуль пружності матеріалу різця [для вуглецевої сталі Е=1,9·10¹¹÷2,15·10¹¹Па = 1,9·10⁵÷2,15·10⁵ МПа (≈19 500 ÷ 21 500 кгс/мм²)]; J – момент інерції поперечного перерізу державки (для прямокутного поперечного перерізу , для круглого поперечного перерізу 0,05d⁴); l – відстань від вершини різця до розглядуваного (небезпечного) перерізу (виліт різця), м (мм).

Необхідно, щоб сила P_Z була меншою максимально допустимих навантажень P_{Z доп} та P_{Z жорст} або дорівнювала їм:

P_Z≤P_{Z доп}; P_Z≤P_{Z жорст}.

Глибина різання та число проходів.

Глибина різання має відносно невеликий вплив на швидкість різання і стійкість різця тому при чорновій обробці рекомендується призначати можливо більшу глибину різання, відповідно припуску на обробку.

Більше одного кількість проходів при чорновій обробці допускають у виключних випадках при зніманні підвищених припусків і обробці на верстатах малої потужності. При чистовій обробці кількість проходів залежить від шорсткості і точності оброблювальних поверхонь, жорсткості системи ВПІД і похибок попередньої обробки. При чистовій обробці із шорсткістю поверхні до 5-го класу включно (Ra10...6,3; Ra5...3,2) t=0,5...2,0 мм; для 6 і 7-го класів (Ra2,5...1,6; Ra1,25...0,8) t=0,1...0,4 мм.

Подача. При чорновій обробці величина подачі призначається із врахуванням розмірів оброблювальної поверхні, способу закріплення деталі, жорсткості системи верстат – інструмент – деталь. Вибрана для чорнової обробки подача перевіряється за лімітуючими факторами, до яких відносяться: допустима міцність державки різця, допустима міцність пластинки із твердого сплаву, спосіб закріплення і жорсткість заготовки, допустима міцність механізму подачі верстата Рх доп.

Найменша із оптимальних подач коректується за паспортними даними верстату.

При чистовій обробці величина подачі призначається із умови забезпечення шорсткості оброблювальної поверхні.

Глибина різання і подачі при нарізанні різі. При нарізанні різі різцями застосовують поздовжню подачу S_ПОЗ., рівна кроку різі Р, і поперечну Sn, яка визначає глибину різання t, рівну висоті профілю, при нарізанні різі за один робочий хід або частини висоти профілю, яка відповідає числу робочих ходів і, необхідних для утворення різі. Якщо крок різі Р≤2,5 мм , глибину різання t встановлюють поперечною подачею Sn в радіальному напрямку і утворення різі проходить за профільною схемою (Рис. 2,а). Якщо крок різі Р>2,5 мм глибину різання встановлюють кутовою подачею S_К паралельно боковій стороні різевого профілю (Рис. 2,б). При чорнових проходах утворення різі проходить за генераторною схемою, припуск е на чистові проходи зрізується за профільною схемою.

Рис 2. Схеми нарізання різцевого профілю різцем.

Припуск е на чистову обробку в залежності від кінцевої точності і шорсткості різі приймають в межах 0,1...0,4 мм.

Глибину різання приймають: для першого чорнового проходу t=0,5...0,4мм, при другому проході t=0,3...0,1 мм. Глибина різання при чистовому нарізанні рекомендується t=0,1...0,02 мм, як для першого так і для наступних проходів.

Швидкість різання, потужність, і крутний момент. Після призначення глибини різання, подачі і стійкості різця Т (середнє значення стійкості при одноінструментальній обробці Т = 60 хв. за виключенням фасонного точіння при якому Т = 120 хв.) за відповідними картами призначаємо швидкість різання V_таб. Табличну швидкість різання корегуємо множенням на поправочні коефіцієнти, які враховують умови обробки, геометрію інструменту, властивості оброблювального і різального матеріалу та інше.

За отриманою швидкістю різання визначаємо кількість обертів шпинделя верстата за формулою

nхв.^-1.

де V – розрахункова швидкість різання в м/хв.,

Д – діаметр оброблюваної поверхні заготовки в мм.

Отримане число обертів шпинделя n коректуємо по паспортних даних верстата і отримаємо дійсне число обертів n., по якому визначаємо дійсну швидкість різання V

м/хв.

Режим різання на чорнових операціях при зовнішньому поздовжньому і поперечному точінні і розточуванні різцями із твердого сплаву та швидкорізальної сталі перевіряється за потужністю або крутному моменту верстата з врахуванням в кожному випадку його конструктивних даних.

Вибраний режим повинен відповідати умові

і

де N – потужність, необхідна на різання, в кВт (визначається по картах)

N_еф – ефективна потужність верстата (к; де к – коефіцієнт корисної дії верстата к=0,75)

2М – подвійний крутний момент при різанні в кг·м (Н·м)

2М_вер – подвійний крутний момент на шпинделі верстата в кг·м (визначається по паспорту верстата).

Якщо вибраний режим не відповідає вказаним умовам необхідно визначену за нормативами величину швидкості різання понизити відповідно величині, яка допускається потужністю або крутним моментом верстата.

Визначення основного (технологічного) часу.

Основний (технологічний) час на перехід при точінні, розточуванні, свердлінні, нарізуванні різі визначається за формулою

хв.

де L – довжина шляху, який проходить інструмент в напрямку подачі в мм

l – довжина оброблюваної поверхні в мм

l₁ – величина врізання і перебігу інструмента в мм, розраховується виходячи з конструкції різальних елементів інструмента, виду і умов обробки (визначається за картами)

l₂ – додаткова довжина на пробний прохід в мм (5-10 мм)

n – кількість обертів на хвилину

Vs – швидкість подачі інструменту в мм/хв.

S – подача інструменту в мм/об. (при нарізуванні різі рівна кроку різі)

і – кількість проходів з однаковим режимом різання.