Методика расчета режимов резания при точении

Режимы резания определяются глубиной резания t, подачей s и скоростью резания v. Значения t, s, v влияют на точность и качество обрабатываемой поверхности и себестоимость обработки. В порядке возрастания влияния на стойкость инструмента составляющие режимов резания располагаются следующим образом: t → s → v. Поэтому для одноинструментальной схемы обработки вначале устанавливают глубину резания, а затем подачу и скорость резания.

При обработке за один рабочий ход на настроенном станке глубина резания равна припуску на сторону. Припуск определяется расчётно-аналитическим методом или выбирается по нормам. При обработке за несколько рабочих ходов глубина резания на первом рабочем ходе будет максимальная, на последующих – уменьшается с целью достижения заданной точности.

Обычно на черновом этапе удаляется до 70% общего припуска, а на чистовые этапы остаётся не более 30%. При обработке цилиндрических поверхностей глубина резания t определяется по формуле:

t = 0,5(D – d),

где D – диаметр заготовки до обработки; d – диаметр заготовки после обработки за один рабочий ход инструмента.

Глубина резания при прорезании канавок, отрезании детали равна ширине инструмента, при снятии фасок – ее ширине. При сверлении глубина резания равна половине диаметра обрабатываемого отверстия.

Подача s назначается максимально допустимой при черновой обработке. Ее величина ограничивается жесткостью и способом крепления обрабатываемой заготовки, прочностью и жесткостью инструмента, прочностью механизма подачи станка. При чистовой обработке подача определяется заданной точностью обработки и шероховатостью поверхности; величину ее выбирают по нормам либо рассчитывают исходя из требований точности. Найденное значение подачи корректируется по паспорту станка.

Скорость резания рассчитывают по формулам теории резания или устанавливают по нормативам исходя из условий выполнения обработки. При определении скорости резания ориентируются на среднюю экономическую стойкость инструмента. По скорости резания определяют частоту вращения шпинделя. Эту величину согласовывают с паспортом станка.

После назначения режимов резания считают силу резания и по ней эффективную мощность. Последнюю сравнивают с мощностью станка и окончательно корректируют режимы резания.

Скорость резания , м/мин, зависит от выбранной глубины резания, подачи, материала инструмента, обрабатываемого материала. При точении рассчитывается по эмпирической формуле:

(8.1)

где T – период стойкости инструмента, принимаемый при одноинструментальной обработке в пределах 30 – 60 мин; k_v – поправочный коэффициент; C_v – коэффициент, характеризующий вид обработки (наружное продольное точение, отрезание, нарезание резьбы и т. д.); показатели степени x, y и m зависят от конкретных условий обработки.

Коэффициент k_v является произведением ряда коэффициентов

(8.2)

где , , , , и – поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно материал заготовки, состояние поверхности заготовки, материал инструмента, главный угол в плане и радиус при вершине резца (учитывают только для резцов из быстрорежущей стали).

Расчетную частоту вращения шпинделя , мин^-1, определяют по формуле

(8.3)

где D – диаметр обрабатываемой заготовки.

По паспортным данным станка определяют частоту вращения шпинделя , близкую к расчетной . Фактическая скорость резания

(8.4)

В справочниках по металлорежущим станкам указываются обычно предельные числа и оборотов шпинделей и подач.

Из определения геометрической прогрессии следует, что

где – знаменатель ряда; m – общее число ступеней скорости или подач соответствующего элемента станка.

Значения нормализованных знаменателей рядов , возведенных в степень, приведены в табл. 8.3, пользуясь которой можно определить значение на основании заданных в технической характеристике станка , и . Для этого вычисляем частное / и в строке, соответствующей степени , находим то числовое значение , которое равно или близко вычисленному, а по этому значению – величину .

Затем делим расчетное значение числа оборотов или подачи на их минимальное значение, получая, таким образом, расчетное значение в какой-то степени . В том же столбце для найденного ранее значения находим ближайшее меньшее число ^х, соответствующее вычисленному = / . Умножив затем найденное значение ^х на , получим фактическое число оборотов или подач.

Таблица 8.3. Значения нормализованных знаменателей φ, возведенных в степень

φ	1,06	1,12	1,26	1,41	1,58	1,78	2,00
1
φ2	1,12	1,26	1,58	2,00	2,50	3,16	4,00
φ3	1,19	1,41	2,00	2,82	4,00	5,64	8,00
φ4	1,26	1,58	2,50	4,00	6,32	10,08	16,00
φ5	1,34	1,78	3,16	5,64	10,08	17,92	32,00
φ6	1,41	2,00	4,00	8,00	16,00	32,00	64,00
φ7	1,49	2,24	5,04	11,28	25,28	56,80
φ8	1,58	2,50	6,32	16,00	40,00
φ9	1,67	2,81	8,00	22,56	64,00
φ10	1,78	3,16	10,08	32,00
φ11	1,89	3,55	12,64	45,12
φ12	2,00	4,00	16,00	64,00
φ13	2,12	4,48	20,16
φ14	2,24	5,04	25,28
φ15	2,36	5,64	32,00
φ16	2,50	6,32	40,00
φ17	2,65	7,12	50,65
φ18	2,81	8,00	64,00
φ19	2,98	8,96	80,64
φ20	3,16	10,08	101,61
φ21	3,35	11,28
φ22	3,55	12,64
φ23	3,77	14,24
φ24	4,00	16,00
φ25	4,24	17,92

Пример: Для станка 1А730 =710 мин^-1, =56 мин^-1 и =12. Найти , если расчетная частота вращения =250 мин^-1.

Решение: Находим

По табл. 8.3 находим ¹¹=12,64, что соответствует =1,26. В графе, соответствующей =1,26, находим ближайшее меньшее значение ^х=4,00. Тогда

мин^-1.

Силу резания принято раскладывать на составляющие силы, направленные по осям координат станка (тангенциальную _z, радиальную _y и осевую _х). При наружном продольном точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении эти составляющие в ньютонах рассчитывают по формуле

(8.5)

где – коэффициент, зависящий от вида обработки; x, y и n – показатели степени, назначаемые в зависимости от условий обработки; – поправочный коэффициент.

Коэффициент представляет собой произведение ряда коэффициентов

(8.6)

где _мр, _φр, _γр, _λр и _rр – коэффициенты, учитывающие соответственно качество обрабатываемого материала (временное сопротивление ), главный угол резца в плане , передний угол , угол наклона главного режущего лезвия и радиус закругления при вершине (для резцов из быстрорежущей стали).

Мощность, затрачиваемая на процесс резания , кВт, рассчитывают по формуле

(8.7)

Необходимая мощность электродвигателя , кВт, определяется выражением

(8.8)

где – КПД кинематической цепи станка от электродвигателя к инструменту (при расчетах принять равным 0,85).

Для осуществления процесса резания необходимо, чтобы выполнялось условие

где – мощность электродвигателя главного привода станка.

При невыполнении этого условия необходимо перейти на ближайшую меньшую частоту вращения, пересчитать , _z, _p, _э и проверить неравенство .