Элементы сечения срезаемого слоя

Содержание

		Стр.
I	Методические указания «Режимы резания при точении» ……………
	1. Элементы режима резания …………………………………………...
	2. Элементы сечения срезаемого слоя ……………….............................
	3. Основное технологическое время …………………………………...
II	Методика расчета режима резания при точении ………………………
III	Разбор задачи с комплексным расчетом режимов резания при точении …………………………………………………………………...
IV	Расчет режимов резания при обработке отверстий осевым режущим инструментом ……………………………………………………………
ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………..................

I. МЕТОЧИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

«РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ»

Элементы режима резания

Для того, чтобы вести обработку заготовки резанием и получить в результате этого готовое изделие (деталь), заготовка и применяемый режущий инструмент должны совершать определенные движения. Эти движения разделяются на основные, служащие для осуществления процесса резания и вспомогательные, служащие для подготовки к процессу резания и для завершения операции. Основных движений два: главное движение и движение подачи.

При обработке на токарном станке главное движение – вращательное – совершает заготовка, связанная со шпинделем станка, а движение подачи – поступательное – получает режущий инструмент (резец), жестко закрепленный в резцедержателе. Главное движение позволяет осуществлять процесс резания (образования стружки), движение же подачи дает возможность вести этот процесс по всей обрабатываемой поверхности.

Скорость резания - величина перемещения точки режущей кромки относительно поверхности резания в единицу времени в процессе осуществления главного движения.

При токарной обработке, когда обрабатываемая заготовка диаметром D мм вращается с некоторым числом оборотов n в минуту, скорость резания v в разных точках режущей кромки будет величиной переменной. Однако в расчетах скорости резания принимается ее максимальное значение, определяемое по формуле:

где D - наибольший диаметр поверхности резания в мм.

Из приведенной формулы легко определить число оборотов:

При продольном точении скорость резания имеет постоянную величину на протяжении всего времени резания, если диаметр заготовки вдоль всей ее длины одинаков, а число оборотов неизменно. При подрезке же торца, когда резец перемещается от периферии заготовки к центру, или, наоборот, от центра к периферии, скорость резания при постоянном числе оборотов переменна. Она имеет наибольшее значение у периферии и равна нулю в центре. Однако и в этом случае в расчет принимается максимальная скорость резания, соответствующая диаметру D.

При растачивании скорость резания также рассчитывается по наибольшему диаметру поверхности резания, в данном случае - по диаметру обработанной поверхности.

Подача - величина перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу времени в направлении движения подачи.

При токарной обработке различают продольную подачу, когда резец перемещается в направлении, параллельном оси заготовки; поперечную подачу, когда резец перемещается в направлении, перпендикулярном к оси заготовки, и наклонную - под углом к оси заготовки, например, при обтачивании конической поверхности.

Различают минутную подачу, т.е. величину относительного перемещения резца за 1 мин, и оборотнуюподачу за один оборот заготовки, т.е. величину относительного перемещения резца за время одного оборота заготовки. Минутная подача обозначается S_м в мм/мин, а подача за один оборот – S в мм/об. Между ними существует следующая зависимость:

где n – число оборотов заготовки в минуту.

Глубина резания - величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. Глубина резания t всегда перпендикулярна направлению движения подачи и при наружном продольном точении она представляет собой полуразность между диаметром заготовки и диаметром обработанной поверхности, полученной после одного прохода:

При растачивании глубина резания определяется как полуразность между диаметром отверстия после обработки и диаметром отверстия до обработки.

При подрезке за глубину резания принимается величина срезаемого слоя, измеренная в направлении, перпендикулярном к обработанному торцу (к обработанной поверхности).

При отрезании глубина резания равна ширине отрезного резца (ширине канавки).

Стойкость – время работы инструментом от переточки до переточки или до определенной величины износа. Между скоростью резания v и стойкостью инструмента Т существует тесная зависимость: чем выше скорость резания, тем меньше стойкость и наоборот.

Основное время

Основное (технологическое) время- это время, в течение которого происходит процесс снятия стружки.

При обработке за один проход основное время может быть подсчитано по формуле: ,

где L – величина пути инструмента в направлении подачи, мм;

n - число оборотов заготовки (шпинделя) в минуту, об/мин;

S – подача, мм/об.

Путь, проходимый инструментом в направлении подачи, зависит от направления подачи, геометрии инструмента и особенностей наладки станка.

Элементами пути являются:

,

где l – размер обработанной поверхности в направлении подачи, мм;

y – величина врезания, мм;

Δ -выход режущего инструмента (перебег), мм.

Таблица 1

Расчет режима резания

1. По условию Rz = 20 мкм, поэтому с помощью табл. 2 можно сделать вывод, что обработка получистовая и h = t = 2 мм удовлетворяет заданным требованиям по шероховатости обработанной поверхности.

2. Таблицы подач в справочнике подразделяются на черновые и чистовые. Так как по условию задан параметр шероховатости, то рассматриваемый пример получистового точения ближе к случаю чистовой обработки.

По табл. 14 [1] для Rz=20 мкм и r = 1 мм табличное значение подачи
S_табл = 0,38 мм/об. Примечания ко всем таблицам должны быть обязательно учтены. С учетом примечания выбранное значение S_табл может быть изменено на величину коэффициента K_S с учетом особенностей обработки.

Заданный по условию станок 16К20 имеет дискретный привод подач. Поэтому выбранная подача должна быть скорректирована по паспортным данным станка. В данном примере при подрезке торца ближайшее меньшее значение поперечной подачи: S = 0,35 мм/об.

3. Для станка с ручным управлением по табл. 3 стойкость инструмента: Т = 60 мин.

4. Скорость резания:

По табл. 17 [1] выбирается вид обработки. Для случая подрезки торца – это наружное продольное точение проходными резцами. Отрезание в этом случае выбирать неверно, т.к. оно протекает в более тяжелых условиях резания, чем простая подрезка торца.

Далее необходимо определиться с обрабатываемым материалом – к какой группе он относится: конструкционная углеродистая сталь, серый чугун, медные сплавы. Отличия заданного обрабатываемого материала от табличного по НВ или σ_в учитываются соответствующим коэффициентом, входящим в общий коэффициент K_v. Для рассматриваемого примера в таблице выбираем раздел: обработка серого чугуна, НВ 190.

Далее по таблице определяются параметры исходя из S = 0,35 < 0,4:

С_v = 243; x_v = 0,15; y_v = 0,20; m = 0,20.

Следующим шагом расчета необходимо учесть все отличия данных условий обработки относительно тех, для которых даны табличные значения. Для этого находят значения поправочных коэффициентов:

.

= - коэффициент определяется по табл. 1 и 2 [1] для данных условий (серый чугун обрабатывается резцом из твердого сплава) и округления в этом месте расчетов недопустимы.

= 1,0 – по табл.5 [1] (поверхность заготовки без литейной корки).

= 1,0 – по табл. 6 [1] (серый чугун обрабатывается ВК6).

= 1,0 – по табл.18 [1] (для φ = 45^о).

= 1,18 – по таблице 4.3 (для d/D = 80/120 = 0,67).

5.

Так как заданный станок 16К20 имеет ступенчатое регулирование главного привода, то согласно таблице кинематических данных станка следует выбрать ближайшее меньшее значение.

По станку принимается n = 400 об/мин.

6.

7. Проверка по осевой составляющей силы резания, допускаемой прочностью механизма подачи станка, для случая получистовой обработки не проводится.

8. Для проверки по мощности электродвигателя станка необходимо определить главную составляющую силы резания:

· по табл. 22 [1] согласно выбранному разделу (серый чугун, НВ 190; твердый сплав; наружное продольное и поперечное точение) определяются параметры: = 92; = 1,0; = 0,75; = 0 (Примечание: в табл. 22 [1] показатель степени при скорости в формуле определения силы резания обозначен символом n).

Все отличия заданных условий резания относительно табличных учитывают поправочные коэффициенты:

= - определяется по табл. 9 [1] (серый чугун обрабатывается твердым сплавом, токарная обработка).

=1,0 – по табл. 23 [1] (φ=45^о, твердый сплав, для Р_z).

=1,0 – по табл. 23 [1] (ближайшее к γ = 12^о табличное значение γ = 10^о, твердый сплав, для Р_z).

=1,0 – по табл.23 [1] (λ = 0^о, твердый сплав, для Р_z).

Р_z=10 (Н).

По кинематическим данным станка находится КПД станка 16К20 η = 0,8 и определяется расчетная мощность:

N_расч= (кВт).

С учетом данных станка N_ст=10 кВт делаем вывод, что обработка возможна:

N_расч = 2,68 < N_ст = 10.

Расчет основного времени

С помощью таблицы 1определяем составляющие L:

Тогда: (мин).

Для наглядности результаты расчетов могут быть представлены в виде итоговой таблицы:

t, мм	S, мм/об	T, мин	n, об/мин	v, м/мин	To , мин
	0.35				0.17

Пример решения

Для решения задачи воспользуемся справочной литературой:

1. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. / Под ред.
А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. – т. 2, гл. 1, 3, 4. – М.: «Машиностроение», 2003.

I. По справочнику выбирается:

1. сверло [1; гл.3, табл. 2, с. 178]

2. и устанавливается значения его геометрических элементов и форму заточки [1; гл.3, табл.44, с.214; табл. 47, с.228; табл. 48-50, с.228-229].

По справочнику выбирается сверло спиральное из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком нормальным D = 28 мм (табл. 44). Рабочая часть из быстрорежущей стали Р18 (для обработки обычных конструкционных материалов в условиях динамических нагрузок). Можно использовать также сталь Р6М5 или безвольфрамовые быстрорежущие стали (9Х6М3Ф3АГСТ, 9Х4М3Ф2АГСТ), которые предпочтительны для инструментов, работающих с ударными нагрузками (табл. 2).

Геометрические параметры:

1 форма заточки – двойная с подточкой поперечной кромки и ленточки ДПЛ для стали и стальных отливок с σ_в > 500 МПа со снятой кромкой (табл. 47)

2 углы сверла: α = 11^о; 2φ = 118^о; ψ = 40 – 60^о (при стандартной заточке ψ = 55^о); ω = 24…32^о, у стандартных сверл диаметром > 10 мм для обработки конструкционной стали ω = 30^о.

II. Назначаются режимы резания [1; гл. 4, с. 358-363; 381-401; 2].

1. Для сверления стали с 500 МПа < σ_в ≤ 800 МПа и диаметре сверла 25 – 30 мм подача (табл. 35) S_о = 0,43 – 0,48 мм/об. Приведенные данные применяют при сверлении отверстий глубиной l ≤ 3D с точностью не выше 12-го квалитета в условиях жесткой технологической системы. Данная глубина отверстия l ≤ 5D (120 ≈ 4,3 D). Поэтому необходимо применить поправочный коэффициент на глубину сверления К_ls = 0,9 при l ≤ 5D. Тогда

S_о = (0,43 – 0,48) ∙ 0,9 = 0,39 – 0,43 (мм/об)

Принимается среднее значение диапазона S_о = 0,41 мм/об.

Корректируется подачу по паспортным данным станка (1; гл.1, табл. 12, с.28). Диапазон подач: S = 0,1 – 1,6 мм/об. Таким образом, выбранная подача соответствует диапазону возможностей станка.

Необходимо проверить принятую подачу по осевой составляющей силы резания, допускаемой прочностью механизма подачи станка. Для этого определяется осевая составляющая силы резания:

Р_о = C_PD^qpS_o^ypK_P.

По справочнику определяются показатели степеней формулы для случая сверления конструкционной стали с указанными прочностными характеристиками инструментом из быстрорежущей стали (табл. 42, с. 385-386):

C_P = 68; q_p = 1,0; y_p = 0,7.

В примечании указано, что рассчитанные по формуле осевые силы при сверлении действительны для сверл с подточенной перемычкой, что соответствует принятой форме заточки сверла.

Учитывая поправочный коэффициент на осевую составляющую силы резания (табл. 9, с.362) K_P = К_Мр,

где К_Мр = (σ_в/75)^np, а n_p = 0,75;

К_Мр = (700/750)^0,75 = 0,93^0,75 = 0,95

Тогда величина Р_обудет равна:

Р_о = 9,81∙ 68 ∙ 28¹∙ 0,41^0,7 ∙ 0,95 = 9404 Н

Необходимо выполнить условие Р_о ≤ Р_max, где Р_max – максимальное значение осевой составляющей силы резания, допускаемой механизмом подачи станка. По паспортным данным станка 2Н135 Р_max = 15000 Н, что больше расчетных величин. Таким образом, выбранная подача S_о = 0,41 мм/об вполне допустима.

В случае перегрузки механизма подачи станка, нужно уменьшить подачу S_о настолько, чтобы выполнить поставленное условие. В этом случае расчет подачи ведется в обратном порядке, исходя из Р_max.

2. Назначается период стойкости сверла [1; гл.4, табл.40, с. 384].

Для сверла из быстрорежущей стали диаметром D = 28 мм при обработке конструкционной стали среднее значение периода стойкости Т = 50 мин.

3. Скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами сверла,

По табл. 38 с. 383 определяются значения коэффициента C_v и показателей степеней для обработки конструкционной стали с σ_в до 750 МПа сверлом из быстрорежущей стали (Р6М5) при подаче > 0,2 мм/об при обработке с охлаждением: C_v = 9,8; q = 0,40; у = 0,50; m = 0,20. В примечании указано, что эти данные приведены для сверл с двойной заточкой и подточкой перемычки, т.е. для принятой выше формы заточки сверла.

Учитывая поправочные коэффициенты на скорость главного движения резания: К_Mv (табл.1, с. 358; табл. 2, с.359; табл. 42, с.385):

К_Mv = К_r(750/ σ_в)^nv;

К_r = 1; n_v = 0,9; К_Mv = 1(750/70)^0,9 = 1,065; К_Иv = 1 (табл. 6, с. 361); К_lv = 0,75 (табл. 41, с. 385) принимается в зависимости от отношения глубины отверстия к его диаметру.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания К_v представляет собой произведение отдельных коэффициентов:

К_v = К_Mv К_Иv К_lv;

К_v =1,065∙1,0∙0,85 = 0,905

4. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

Частота вращения шпинделя корректируется по паспортным данным станка и устанавливается действительная частота вращения: n_д = 250 об/мин.

5. Действительная скорость главного движения резания

6. Крутящий момент сил сопротивления резанию при сверлении

М = С_МD^qmS_o^ymK_p

По табл. 42, с. 385 определяются необходимые значения в соответствии с условиями задачи:

С_М = 0,0345; q_m = 2,0; y_m = 0,8.

Учитывается поправочный коэффициент К_р (табл. 9, с.362). Он уже был определен ранее.

К_р = К_Мр = 0,95.

Тогда крутящий момент М будет равен:

М = 9,81∙0,0345∙28²∙0,4^0,8∙0,95 = 120,99 Н∙м (12,33 кгс∙м).

7. Мощность, затрачиваемая на резание

8. Проверяем, достаточна ли мощность станка. Обработка возможна, если

N_рез ≤ N_шп.

Мощность (кВт) на шпинделе станка N_шп = N_дη. У станка 2Н135 N_д = 4,5 кВт, а η = 0,8. Тогда N_шп = 4,5∙0,8 = 3,9 кВт, т.е. 3,16 < 3,9. Обработка возможна.

В случае перегрузки необходимо определить коэффициент перегрузки
К_п = N_рез/ N_шп.

Далее определяем новое меньшее значение частоты вращения шпинделя станка, при котором будет выполняться условие N_рез = N_шп. При этом исходят из того, что мощность, затрачиваемая на резание, прямо пропорциональна скорости главного движения резания v и частоте вращения шпинделя n:

n = n_д/К_п.

Нужно учитывать также, что электродвигатели металлорежущих станков допускают кратковременную (длительностью до 1 мин) перегрузку на 25% их номинальной мощности.

III. Основное время.

При двойной заточке сверла врезание (мм) y = 0,4D; y = 0,42∙8 ≈ 11(мм). Перебег сверла ∆ = 1…3 мм; принимаем ∆ = 2 мм.

Тогда L = 120 + 11 + 2 = 133 (мм).

Для наглядности результаты расчетов сводим в таблицу:

t, мм	S, мм/об	T, мин	n, об/мин	v, м/мин	To , мин
	0,41			21,98	1,33

В работе рассмотрены примеры определения режимов резания при точении и сверлении. Можно сделать вывод, что правильность расчетов зависит от умений обращаться со справочной литературой, правильного выбора табличных значений и тщательно проведенного расчета. Необходимо имеет ввиду, что рассчитанные параметры необходимо постоянно согласовывать с возможностями станка и рекомендациями, полученными опытным путем. Таким образом, выполненные расчеты подлежат проверке и коррекции.

Примеры расчетов режимов резания в остальных случаях механической обработки металлов резанием можно изучить по предлагаемой литературе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 304 с.

2. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: Учеб. пособие для техникумов. – М.: «Машиностроение», 1990. – 448 с.

3. Справочник технолога-машиностроителя (в 2-х томах). Т.2. – М.: «Машиностроение», - 2003 г. – 943 с.

4. Ящерицын, П.И. Теория резания: учеб. / П.И. Ящерицын, Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич. – МН.: Новое знание, 2005. – 512 с.

Содержание

		Стр.
I	Методические указания «Режимы резания при точении» ……………
	1. Элементы режима резания …………………………………………...
	2. Элементы сечения срезаемого слоя ……………….............................
	3. Основное технологическое время …………………………………...
II	Методика расчета режима резания при точении ………………………
III	Разбор задачи с комплексным расчетом режимов резания при точении …………………………………………………………………...
IV	Расчет режимов резания при обработке отверстий осевым режущим инструментом ……………………………………………………………
ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………..................

I. МЕТОЧИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

«РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ»

Элементы режима резания

Для того, чтобы вести обработку заготовки резанием и получить в результате этого готовое изделие (деталь), заготовка и применяемый режущий инструмент должны совершать определенные движения. Эти движения разделяются на основные, служащие для осуществления процесса резания и вспомогательные, служащие для подготовки к процессу резания и для завершения операции. Основных движений два: главное движение и движение подачи.

При обработке на токарном станке главное движение – вращательное – совершает заготовка, связанная со шпинделем станка, а движение подачи – поступательное – получает режущий инструмент (резец), жестко закрепленный в резцедержателе. Главное движение позволяет осуществлять процесс резания (образования стружки), движение же подачи дает возможность вести этот процесс по всей обрабатываемой поверхности.

Скорость резания - величина перемещения точки режущей кромки относительно поверхности резания в единицу времени в процессе осуществления главного движения.

При токарной обработке, когда обрабатываемая заготовка диаметром D мм вращается с некоторым числом оборотов n в минуту, скорость резания v в разных точках режущей кромки будет величиной переменной. Однако в расчетах скорости резания принимается ее максимальное значение, определяемое по формуле:

где D - наибольший диаметр поверхности резания в мм.

Из приведенной формулы легко определить число оборотов:

При продольном точении скорость резания имеет постоянную величину на протяжении всего времени резания, если диаметр заготовки вдоль всей ее длины одинаков, а число оборотов неизменно. При подрезке же торца, когда резец перемещается от периферии заготовки к центру, или, наоборот, от центра к периферии, скорость резания при постоянном числе оборотов переменна. Она имеет наибольшее значение у периферии и равна нулю в центре. Однако и в этом случае в расчет принимается максимальная скорость резания, соответствующая диаметру D.

При растачивании скорость резания также рассчитывается по наибольшему диаметру поверхности резания, в данном случае - по диаметру обработанной поверхности.

Подача - величина перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу времени в направлении движения подачи.

При токарной обработке различают продольную подачу, когда резец перемещается в направлении, параллельном оси заготовки; поперечную подачу, когда резец перемещается в направлении, перпендикулярном к оси заготовки, и наклонную - под углом к оси заготовки, например, при обтачивании конической поверхности.

Различают минутную подачу, т.е. величину относительного перемещения резца за 1 мин, и оборотнуюподачу за один оборот заготовки, т.е. величину относительного перемещения резца за время одного оборота заготовки. Минутная подача обозначается S_м в мм/мин, а подача за один оборот – S в мм/об. Между ними существует следующая зависимость:

где n – число оборотов заготовки в минуту.

Глубина резания - величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. Глубина резания t всегда перпендикулярна направлению движения подачи и при наружном продольном точении она представляет собой полуразность между диаметром заготовки и диаметром обработанной поверхности, полученной после одного прохода:

При растачивании глубина резания определяется как полуразность между диаметром отверстия после обработки и диаметром отверстия до обработки.

При подрезке за глубину резания принимается величина срезаемого слоя, измеренная в направлении, перпендикулярном к обработанному торцу (к обработанной поверхности).

При отрезании глубина резания равна ширине отрезного резца (ширине канавки).

Стойкость – время работы инструментом от переточки до переточки или до определенной величины износа. Между скоростью резания v и стойкостью инструмента Т существует тесная зависимость: чем выше скорость резания, тем меньше стойкость и наоборот.

Элементы сечения срезаемого слоя

Глубина резания t и подача S называются технологическими параметрами сечения среза. Эти параметры устанавливаются с помощью органов управления станком.

Ширина b и толщина a среза называются физическими параметрами срезаемого слоя, поскольку их значения оказывают непосредственное влияние на физические явления, имеющие место в зоне резания: контактные напряжения, силы, теплообразование и распределение тепла, износ инструмента.

Ширина среза b - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное вдоль режущей кромки.

Толщина среза a – расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания, измеренное в направлении, перпендикулярном к режущей кромке в плоскости передней поверхности резца.

При постоянных подаче S и глубине резания t с увеличением главного угла в плане jтолщина среза увеличивается, а ширина – уменьшается:

и

При j= 90^о толщина среза a равна подаче S, а ширина среза b равна глубине резания t так как sin 90^о = 1.

Площадь поперечного сечения среза равна:

.

При постоянной подаче и глубине резания площадь сечения среза будет неизменной, а применение различных углов в плане φ приведет к соответствующему изменению толщины и ширины срезаемого слоя.

Площадь поперечного сечения среза f представляет собой площадь номинального или расчетного сечения. Однако номинальное сечение получается только при свободном резании, когда в работе принимает участие лишь главная режущая кромка. В этих случаях резец будет снимать весь предназначенный для срезания слой, не оставляя на обработанной поверхности остаточных выступов и впадин.

Основное время

Основное (технологическое) время- это время, в течение которого происходит процесс снятия стружки.

При обработке за один проход основное время может быть подсчитано по формуле: ,

где L – величина пути инструмента в направлении подачи, мм;

n - число оборотов заготовки (шпинделя) в минуту, об/мин;

S – подача, мм/об.

Путь, проходимый инструментом в направлении подачи, зависит от направления подачи, геометрии инструмента и особенностей наладки станка.

Элементами пути являются:

,

где l – размер обработанной поверхности в направлении подачи, мм;

y – величина врезания, мм;

Δ -выход режущего инструмента (перебег), мм.

Таблица 1