^{Федеральное} агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ» имени первого Президента России Б.Н.Ельцина

Кафедра «Технология машиностроения»

Курсовая работа

на тему «Выбор режимов резания»

по дисциплине «Процессы формообразования и инструмент»

Вариант №4.

Преподаватель

______________ С.А.Ничкова

Студент гр. МЗ-37011ну

_______________ А.В.Буряк

Екатеринбург – 2009

Задание №1

На токарно-винторезном станке мод. 16К20 обрабатываются шейки вала диаметром D = 95 мм до d = 91 мм на длине L = 0,1*L. Длина вала L = 300 мм, L = 30 мм. Способ крепления трех кулачковый патрон.

Сталь 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа.

Шероховатость Rz = 40 мкм.

Точность 0,220 мм.

Паспортные данные токарно-винторезного станка 16К20.

^{Высота центров, мм - 215}

^{Расстояние между центрами, мм - до 2000.}

^{Мощность двигателя, Nд=10 кВт}

^{КПД станка h=0,75.}

^{Частота вращения шпинделя, об/мин: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.}

^{Продольные подачи, мм/об: 0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,36; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8.}

^{Поперечные подачи, мм/об: 0,025; 0,03; 0,0375; 0,045; 0,05; 0,0625; 0,075; 0,0875; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4.}

^{Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи.}

^{Рх=600 кгс»6000 Н.}

1. При назначении элементов режимов резания учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Элементы режима резания обычно устанавливают в следующем порядке:

а) глубина резания;

б) подача;

в) скорость резания;

г) стойкость;

д) сила резания.

2. Выбор режущего инструмента

Для обтачивания шеек вала из стали 40ХГТ принимаем токарный проходной резец прямой правый с пластиной из твердого сплава Т5К10, с=4 мм (толщина пластинки); ВхН=16х25 (сечение державки); I_p=1,5Н (вылет резца).

Форма передней поверхности радиусная с фаской; геометрические параметры режущей части резца:

3. Параметры срезаемого слоя.

Слой материала, срезаемый с поверхности резания, при любом методе обработки характеризуют его физическими размерами: толщиной и шириной. Толщиной срезаемого слоя при продольном точении можно считать размер а, а шириной размер в.

а = s·sinц = 1·1=1 мм

4. Выбор параметров режима резания.

Глубина резания.

При предварительном выборе подачи S общем случае можно пользоваться соотношением

5 < t/S < 10 (2)

5<2/0,25<10

5<8<10

Если к качеству обрабатываемой поверхности предъявляются более высокие требования, то подачу следует определять из соотношения

8 < t/S < 10 (3)

Подача, допустимая прочностью державки резца, рассчитывается по формуле

мм/об, (5)

P_z=10C_pS t K =10·300·0,25^0,75·2^1,0·1,58=3351,68 Н

l =1,5·25=37,5 мм = 0,0375 м.

М =Р l =3351,68·0,0375=125,68 Нм

W = ВНІ/6=0,016·0,025²/6=1,6·10^-6 м³

у =М /W ≤ [у ]=125,68/1,6·10^-6=78,5 ≤ [510]

где В и Н – ширина и высота державки резца, м [4, стр. 45];

[у_и] – допустимое напряжение на изгиб материала державки резца, МПа [3, стр. 86];

C , Х , Y – эмпирические коэффициенты и показатели степеней в

формуле P_z=10C_pS t K , Н (табл.22 [6, стр. 273];

или [2, стр. 429]);

l – вылет резца, м (l = 1…1,5) Н, [4, стр. 45]);

К – поправочный коэффициент;

где поправочные коэффициенты учитывающие влияние соответственно механических свойств обрабатываемого материала, главного угла в плане, переднего угла, радиуса при вершине угла, угла наклона главной режущей кромки (табл. 9, 10 ,23 [6, стр. 430]).

Формула (5) получена из условия прочности державки:

у =М /W ≤ [у ],

где М =Р ·l – изгибающий момент от главной составляющей силы резания, Нм;

W = В·НІ/6 – момент сопротивления изгибу, мі.

Подача, допускаемая жесткостью державки определяется, по формуле

мм/об, (6)

f = Р ·l і/(3·Е· l ) ≤ [f ]=4740·(2,08·10^-8)³/3·22·10¹⁰·2,08·10^-8=0,0001≤ [0,0001] м

l = В·Ні/12=0,016·0,025³/12=2,08·10^-8 м⁴

где [f ] – допустимая величина прогиба резца (при черновой обработке

[f ] = 0,0001 м, при чистовой – 0,00003 – 0,00005 м);

Е – модуль упругости материала державки, Па (для стали Е = 20…22·10 Па,

для чугуна – 9…16·10 Па).

Формула (6) получена из условия жесткости державки:

f = Р l і/(3Е l ) ≤ [f ] м,

где l = ВНі/12 – момент инерции державки резца м .

Подача, допустимая твердостью твердосплавной пластины.

При черновой обработке резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава, подача часто ограничивается прочностью этой пластинки:

(7)

где q – толщина пластинки твердого сплава, мм (q = 4…5 мм).

Формула (7) получена на основании эмпирической зависимости для расчета максимально допустимого усилия на пластинку:

(8)

Подставив в формулу (8) вместо [P ] выражение P =10·С ·S ·t ·K и решив относительно S, получим формулу (7).

Подача, допустимая прочностью механизма подач станка, рассчитывается по формуле:

мм/об, (9)

где [Q] – максимально – допустимое усилие подачи по паспорту станка, Н.

Сила, действующая на механизм подачи, может быть определена по формуле:

Q = P +f ·P Н.

Q = 1340,67+0,1·1340,67=1474,73 Н

где f – коэффициент трения между суппортом и направляющими станка (f = 0,1).

Q не должна быть больше [Q], т.е.

Q ≤ [Q]. (10)

1675,84 ≤ [6000].

Для упрощения можно считать, что P = 0,4· P [5, стр.123], тогда

P = 0,4· P =0,4·3351,68=1340,67 Н

Q = 0,5· P Н (11)

Q = 0,5· 3351,68=1675,84 Н

Подставив в формулу (10) вместо Q его значение из формулы (11) и решив уравнение относительно S, получим уравнение (9).

Подача, допустимая заданной шероховатостью обработанной поверхности, определяется по формуле:

мм/об (12)

где R – высота микронеровностей, мкм;

r – радиус при вершине резца в плане, мм;

С_r, х, y, z, u – эмпирические коэффициент и показатели степеней (табл. 5).

Подача, допустимая заданной точностью обработки, вычисляется из выражения:

мм/об (13)

j = 5290·D =5290·0,4^0,24 = 5290·0,8=4232 Н/м

j_Д =0,03·А·Е·D⁴/L³ =0,03·110·22·10¹⁰·0,095⁴/0,3³ = 59133153,75/0,027=2190116777,7

J_Р = Е·В·Н³/(4·l_P³)= 22·10¹⁰·0,016·0,025³/4·1,5³=68750/4·0,0375³=5092,59 Н/м

где j = 5290·D – жесткость станка, Н/м (D – максимальный диаметр

обрабатываемой детали по паспорту станка);

j_Д = 0,03·А·Е·D⁴/L³ – жесткость детали, Н/м;

D – диаметр детали, м;

А – коэффициент, определяющий жесткость закрепления детали (консольно в

патроне – А = 3; в центрах – А = 48; в патроне с поджимом задним центром – А = 110);

L – длина детали, м;

J_Р = Е·В·Н³/(4·l_P³) – жесткость резца, Н/м;

д – величина поля допуска выполняемого размера, мм;

б – коэффициент, определяющий допустимую долю погрешности обработки (б = 0,4…0,5);

Е – модуль упругости (сталь – Е = 20…22·10¹⁰ Па, чугуна – Е = 8…16·10¹⁰ Па).

Подача при чистовой обработке не должна превышать ни одну из расчтинных выше подач. Она подбирается из ряда подач, имеющихся на выбранном станке.

В соответствии с паспортными данными станка принимаем S=0,25 мм/об.

Стойкость инструмента:T=60 мин.

Скорость резания, допускаемая материалом резца

, м/мин

где C_v= 420; x = 0,15; y = 0,20; m = 0,2. [6. стр. 269, табл. 17].

Поправочный коэффициент для обработки резцом с твердосплавной пластиной

K_v=K_mv×K_nv×K_uv×Kj_v

,

где K_r=1; n_v=1 [6. стр. 262, табл. 2].

тогда

K_nv= 1,0; K_uv=0,65; Kj_v=0,7 [6. стр. 263, табл. 5 и 6], [6. стр. 271, табл. 18].

м/мин.

Частота вращения, соответствующая найденной скорости резания

, об/мин

об/мин.

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка

n_ф=125 об/мин.

Действительная скорость резания

, м/мин; м/мин.

6 .Сила резания.

Р_z=10·C_p·t^x·s^y·vⁿ·K_p

Значение коэффициентов С_p и показателей степеней приведены для точения в [6. стр. 273, табл. 22].

С_p= 300; x = 1,0; y = 0,75; n = -0,15.

К_цр= 0,94; К_гр= 1,1; К_лр= 1,0; К_rр= 0,93. [6. стр. 275, табл. 23].

K_мр= [6. стр. 264, табл. 9].

P_z=10C_pS t K =10·300·0,25^0,75·2^1,0·37,28^-0,15·1,58=1943,97 Н

Мощность резания.

Вычислим требуемую мощность, затрачиваемую на обработку заготовки детали по формуле:

Вычислим мощность на шпинделе N_шп. и сопоставим с затрачиваемой мощностью на обработку заготовки, N_.

N_шп. = N_э · h = 10 · 0,75 = 7,5 кВт.

Следовательно, станок не лимитирует выбранного режима резания.

7. Основное время

, мин

где L - путь инструмента в направлении рабочей подачи, мм;

i - количество проходов.

L=l+y+ , мм

где l - размер обрабатываемой поверхности в направлении подачи;

y - величина врезания, мм;

- величина перебега, мм, =1¸2 мм.

y=t×ctgj =2·1=2 мм

где t - глубина резания;

j - главный угол в плане резца.

L=30+2+2=34

мин.

Задание №2

На вертикально – сверлильном станке 2Н135 производится сверление отверстия диаметром D = 15 мм и глубиной сверления L = 50 мм в заготовке Н = 50 мм. Способ крепления в тисках.

Сталь 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа.

Шероховатость Rz = 40 мкм.

Точность 0,220 мм.

Паспортные данные вертикально – сверлильного станка 2Н135

^{Мощность двигателя Nдв.= 4,5 кВт.}

^{КПД станка h = 0,8.}

^{Частота вращения шпинделя , об/мин: 31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1440.}

Подачи, мм/об: 0,1; 0,14; 0,2; 0,28; 0,4; 0,56; 0,8; 1,12; 1,6.

Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи станка Р_max =15000 Н.

1. При назначении элементов режимов резания учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Элементы режима резания обычно устанавливают в следующем порядке:

а) глубина резания;

б) подача;

в) скорость резания;

г) стойкость;

д) сила резания.

Наиболее распространенный метод получения отверстий резанием – сверление.

Движение резания (главное движение) при сверлении – вращательное движение, движение подачи поступательное. В качестве инструмента при сверлении применяются сверла. Самые распространенные из них – спиральные, предназначены для сверления и рассверливания отверстий, глубина которых не превышает 10 диаметров сверла. Градация диаметров спиральных сверел должна соответствовать: ГОСТ 885 – 77. Отличительной особенностью назначения режима резания при сверлении является то, что глубина резания t = 0,5D.

2. Выбор режущего инструмента

Для сверления стали 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа согласно выбираем сверло D = 15 мм, из стали Р18, ГОСТ 10903 – 77 заточенное по методу В.И. Жирова, угол при вершине сверла 2j = 118°; задний угол б = 12°; угол наклона поперечной кромки ш = 40°, [6. стр. 146, табл. 42], [6. стр. 151, табл. 44].

3. Эскиз инструмента.

4. Параметры срезаемого слоя.

5. Выбор параметров режима резания.

Глубина резания.

t = 0,5·D = 0,5 · 15 = 7,5 мм.

Выбор подачи.

Для сверления заготовки сталь 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа, сверлом диаметром 15 мм., выбираем подачу S = 0,20 ¸ 0,23мм/об, [6. стр. 277, табл. 25]

При сверлении отверстия глубиной l ≤ 4D поправочный коэффициент Кl_S = 1 из этого следует: S=0,20¸0,23мм/об. По паспорту станка устанавливаем ближайшую подачу к расчетной: S=0,2 мм/об.

Стойкость инструмента: Т = 45 мин, [6. стр. 279, табл. 30].

Выбор скорости и числа оборотов.

Скорость резания, м/мин, при сверлении:

Значение коэффициентов С_v и показателей степеней приведены для сверления в [6. стр. 278, табл. 28].

С_v= 7,0; q = 0,40; y = 0,70; m = 0,20.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,

К_v=К_мv· К_иv ·K_lv.

К_иv= 1,0; K_lv= 0,85.

К_v= 0,545 · 1,0 · 0,85 = 0,463.

По найденной скорости резания подсчитывается необходимое число оборотов инструмента в минуту:

По теоретически найденной частоте вращения шпинделя (принимают ближайшее меньшее значение) подберем число оборотов шпинделя, существующие по паспорту станка, она составляет n_ф = 250 об/мин.

Тогда фактическая скорость резания будет равна;

6. Проверка выбранного режима по осевому усилию и мощности.

Для установленных условий сверления D = 15 мм, S = 0,2мм/об и

n = 250 об/мин, проведем следующие вычисления:

Крутящий момент, Н·м, и осевую силу, Н, при сверлении рассчитаем по формулам:

где коэффициенты:

крутящий момент: С_М = 0,0345; q = 2,0; у = 0,8

осевой силы: С_Р. = 68; q = 1,0; у = 0,7 [6. стр. 281, табл. 32].

А_кр = К_м; К_м = [6. стр. 264, табл. 9].

Вычислим требуемую мощность, затрачиваемую на обработку заготовки детали по формуле:

Вычислим мощность на шпинделе N_шп. и сопоставим с затрачиваемой мощностью на обработку заготовки, N_е.

N_шп. = N_дв. · h = 4,5 · 0,8 = 3,6 кВт.

Следовательно, станок не лимитирует выбранного режима резания.

7. Расчет машинного времени на обработку.

Задание №3

При решении задачи следует проанализировать предложенные для заданных условий методы обработки и сопоставить эффективность их применения по машинному времени и качеству обработки.

Обработать плоскость АхВ (560х50) мм заготовки толщиной С (110) мм.

Припуск на обработку h = 2 мм. Сопоставить эффективность обработки при различных процессах: строгании и фрезеровании. Модели станков: при фрезеровании – горизонтально – фрезерный станок модели 6Н82Г, при строгании – поперечно – строгальный станок модели 736.

Чугун СЧ18 твердость НВ = 207

Шероховатость Rz = 40 мкм.

Паспортные данные вертикально – фрезерного станка станка 6Р12

Рабочая поверхность стола - 320 х 1250 мм.

Мощность электродвигателя главного движения N_э = 7 кВт.

КПД станка h = 0,75.

Частота вращения шпинделя, мин^-1 : 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.

Подачи стола (мм/мин) : 19; 23,5; 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 900.

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола, Р = 15000 Н.