Основные режимы резания. Определение режимов резания

На предприятиях, в составе которых есть подразделения, занимающиеся поверхностной обработкой заготовок, на основе нормативных документов составляются специальные карты, которыми руководствуется оператор при изготовлении той или иной детали. Хотя в некоторых случаях (к примеру, новое оборудование, инструмент) нюансы технологических операций фрезеровщику приходится определять самостоятельно. Если маломощный станок эксплуатируется в домашних условиях, тем более, никаких официальных подсказок под рукой, как правило, нет.

Эта статья поможет не только понять, на основе чего производится расчет режима резания при фрезеровании и выбор соответствующего инструмента, но и дает практические рекомендации, которые достаточны для обработки деталей на бытовом уровне.

Тем, кто по большей степени связан с металлами, для более детального ознакомления с нюансами фрезерования стоит обратиться к учебнику «Металлорежущие станки» – 2003 года, Черпаков Б.И., Альперович Т.А. Порядок расчета режимов резания также хорошо изложен в различных пособиях. Например, в методических рекомендациях от 2000 года (МГАУ – Колокатов А.М., Баграмов Л.Г.).

Особенность фрезерования в том, что режущие кромки вступают в прямой контакт с материалом лишь периодически. Как следствие – вибрации, ударные нагрузки и повышенный износ фрез. Наиболее эффективным режимом считается такой, при котором оптимально сочетаются следующие параметры – глубина, подача и скорость резания без ухудшения точности и качества обработки. Именно это позволяет существенно снизить стоимость технологической операции и повысить производительность.

Предусмотреть буквально все нюансы фрезерования невозможно. Заготовки, подлежащие обработке, отличаются структурой, габаритами и формой; режущие инструменты – своей геометрией, конструктивным исполнением, наличием/отсутствием защитного слоя и тому подобное. Все, что изложено по режимам резания далее, следует рассматривать всего лишь как некий ориентир. Для уточнения конкретных параметров фрезерования следует пользоваться специальными таблицами и справочными данными.

Выбор инструмента

Главным образом это относится к его диаметру. В чем особенность подбора фрезы () по этому параметру?

• Повышение диаметра автоматически приводит к увеличению стоимости инструмента.
• Взаимозависимость двух показателей – если подача возрастает, то скорость резания падает, так как она ограничивается структурой обрабатываемой детали (см. ниже).

Оптимальным считается такой диаметр фрезы, при котором его величина соответствует (или немного больше) требуемой глубине резания. В некоторых случаях за 1 проход можно выбрать стружку и более толстую, но это относится лишь к материалам, характеризующимся невысокой плотностью. Например, пенопласт или некоторые породы древесины.

Скорость резания

В зависимости от материала образца можно ориентироваться на следующие показатели (м/мин):

• древесина, термопласты – 300 – 500;
• ПВХ – 100 – 250;
• нержавейка – 45 – 95;
• бронза – 90 – 150;
• латунь – 130 – 320;
• бакелит – 40 – 110;
• алюминий и его сплавы – 200 – 420.

Частота вращения фрезы

Простейшая формула выглядит так:

N (число оборотов) = 1000 Vc (желаемая скорость реза) / π D (диаметр фрезы).

Гонять шпиндель на максимальных оборотах с точки зрения безопасности не следует. Значит, только за счет этого скорость резания уменьшится примерно на 10 – 15%. Частично компенсировать эту «потерю» можно установкой фрезы большего диаметра. Этим скорость несколько повышается. Если подходящей под рукой нет, придется решать – тратить деньги на новый инструмент или довольствоваться теми возможностями, которые имеются у фрезерного станка. Опять-таки, все это проверяется лишь практикой работы на конкретном оборудовании, но общий смысл рекомендации понятен.

Подача

На этот параметре фрезерования следует обратить пристальное внимание!

Долговечность фрезы и качество обработки заготовки зависят от того, какой толщины слой снимается за одну проходку, то есть при каждом обороте шпинделя. В этом случае говорят о подаче на 1 (2,3) зуба, в зависимости от разновидности инструмента (фреза одно- , двух- или трехзаходная).

Рекомендуемые значения подачи «на зуб» указываются производителем инструмента. Фрезеровщик по этому пункту режима резания сталкивается с трудностями, если работает с фрезами «made in China» или какого-то сомнительного (неизвестного) происхождения. В большинстве случаев можно ориентироваться на диапазон подачи (мм) 0,1 – 0,25. Такой режим подходит практически для всех распространенных материалов, подвергающихся обработке фрезерованием. В процессе реза станет понятно, достаточно или несколько «прибавить» (но не раньше, чем после 1-го захода). А вот менее 0,1 пробовать не стоит, разве только при выполнении ювелирной работы с помощью микрофрез.

Начинать фрезерование следует с минимальной подачи – 0,1. В процессе станет понятно, насколько податлив обрабатываемый материал перед конкретной фрезой. Это исключит вероятность слома режущей кромки (зуба) и позволит поставить возможностям станка и инструмента точный «диагноз», особенно если это «чужое» оборудование.

• Превышение значения оптимальной подачи чревато повышением температуры в рабочей области, образованием толстой стружки и быстрой поломкой фрезы. Для инструмента диаметром свыше 3 мм начинать следует с 0,15, не более
• Если скорость фрезерования детали повысить за счет оптимального использования возможностей оборудования не получается, можно попробовать установить фрезу двухзаходную.
• При выборе инструмента нужно учитывать, что увеличение длины режущей части приводит к снижению подачи и увеличению вибраций.
• Не следует стремиться повысить скорость обработки за счет замены фрезы на аналогичную, но с большим количеством зубьев. Стружка от такого инструмента отводится хуже, поэтому часто приводит к тому, что качество фрезерования резко снижается. В некоторых случаях, при полной забивке канавок, фреза начинает работать «вхолостую». Толку от такой замены никакого.

Вывод

Качественного фрезерования можно добиться только опытным путем. Конкретные станок + инструмент + практический опыт, навыки. Поэтому не стоит слепо доверять даже табличным данным. Например, в них не учитывается степень износа фрезы, с которой предстоит работать. Не нужно бояться экспериментировать, но начинать всегда следует с минимального значения параметров. Когда мастер «почувствует» и станок, и фрезу, и обрабатываемый материал, он сам определит, в каком режиме стоит работать.

Одним из многофункциональных способов обработки металлов является точение. С его помощью осуществляется черновая и в процессе изготовления или ремонта деталей. и эффективная качественная работа достигается путем рационального подбора режимов резания.

Особенности процесса

Токарная отделка осуществляется на специальных станках с помощью резцов. Главные движения выполняются шпинделем, который обеспечивает вращение закрепленного на нем объекта. Движения подачи совершаются инструментом, который закреплен в суппорте.

К основным видам характерных работ относятся: торцевое и фасонное обтачивание, растачивание, обработка углублений и канавок, подрезание и отрезание, оформление резьбы. Каждый из них сопровождается производительными движениями соответствующего инвентаря: проходных и упорных, фасонных, растачивающих, подрезных, отрезных и резьбовых резцов. Разнообразный типаж станков позволяет обрабатывать мелкие и очень крупные объекты, внутренние и внешние поверхности, плоские и объемные заготовки.

Основные элементы режимов

Режим резания при токарной обработке - это комплекс параметров работы металлорежущего станка, направленный на достижение оптимальных результатов. К ним относятся следующие элементы: глубина, подача, частота и скорость вращения шпинделя.

Глубина - это толщина металла, снимаемая резцом за один проход (t, мм). Зависит от заданных показателей чистоты и соответствующей шероховатости. При черновом точении t = 0,5-2 мм, при чистовом - t = 0,1-0,5 мм.

Подача - расстояние перемещения инструмента в продольном, поперечном или прямолинейном направлении относительно одного оборота обрабатываемой детали (S, мм/об). Важными параметрами для ее определения являются геометрические и качественные характеристики

Частота вращения шпинделя - количество оборотов главной оси, к которой крепится заготовка, осуществляемое за период времени (n, об/с).

Скорость - ширина прохода за одну секунду с соответствием заданной глубины и качества, обеспеченная частотой (v, м/с).

Сила точения - показатель расходуемой мощности (P, Н).

Частота, скорость и сила - важнейшие взаимосвязанные элементы режима резания при токарной обработке, которые задают и оптимизационные показатели отделки конкретного объекта, и темп работы всего станка.

Исходные данные

С точки зрения системного подхода процесс точения можно рассматривать как слаженное функционирование элементов сложной системы. К ним относятся: инструмент, заготовка, человеческий фактор. Таким образом, на эффективность этой системы влияет перечень факторов. Каждый из них учитывается тогда, когда необходимо рассчитать режим резания при токарной обработке:

• Параметрические характеристики оборудования, его мощность, тип регулирования вращения шпинделя (ступенчатое или бесступенчатое).
• Способ крепления заготовки (с помощью планшайбы, планшайбы и люнета, двух люнетов).
• Физические и механические свойства обрабатываемого металла. Учитывается его теплопроводность, твердость и прочность, тип производимой стружки и характер ее поведения относительно инвентаря.
• Геометрические и механические особенности резца: размеры углов, державки, радиус при вершине, размер, тип и материал режущей кромки с соответствующей теплопроводностью и теплоемкостью, ударной вязкостью, твердостью, прочностью.
• Заданные параметры поверхности, в том числе ее шероховатость и качество.

Если все характеристики системы учтены и рационально просчитаны, становится возможным достижение максимальной эффективности ее работы.

Критерии эффективности точения

Детали, изготавливаемые с помощью токарной отделки, являются чаще всего составляющими ответственных механизмов. Требования выполняются с учетом трех основных критериев. Наиболее важным является максимальное выполнение каждого из них.

• Соответствие материалов резца и обтачиваемого объекта.
• Оптимизация между собой подачи, скорости и глубины, максимальная производительность и качество отделки: минимальная шероховатость, точность форм, отсутствие дефектов.
• Минимальные затраты ресурсов.

Порядок расчета режима резания при токарной обработке осуществляется с высокой точностью. Для этого существует несколько различных систем.

Способы вычисления

Как уже было сказано, режим резания при токарной обработке требует учета большого количества разных факторов и параметров. В процессе развития технологии многочисленные ученые умы разработали несколько комплексов, направленных на вычисление оптимальных элементов режимов резания для различных условий:

• Математический. Подразумевает точный расчет по существующим эмпирическим формулам.
• Графоаналитический. Совмещение математического и графического методов.
• Табличный. Выбор значений, соответствующих заданным условиям работы, в специальных комплексных таблицах.
• Машинный. Использование программного обеспечения.

Наиболее подходящий выбирается исполнителем в зависимости от поставленных задач и массовости производственного процесса.

Математический метод

Аналитически вычисляются Формулы существуют более и менее сложные. Выбор системы определяется особенностями и требуемой точностью результатов просчетов и самой технологии.

Глубина рассчитывается как разность толщины заготовки до (D) и после (d) обработки. Для продольных работ: t = (D - d) : 2; а для поперечных: t = D - d.

Допустимая подача определяется поэтапно:

• цифры, которые обеспечивают необходимое качество поверхности, S шер;
• подача с учетом характеристик инструмента, S р;
• значение параметра, учитывающее особенности закрепления детали, S дет.

Каждое число вычисляется по соответствующим формулам. В качестве фактической подачи выбирают наименьшую из полученных S. Также существует обобщающая формула, учитывающая геометрию резца, заданные требования к глубине и качеству точения.

• S = (C s *R y *r u) : (t x *φ z2), мм/об;
• где C s - параметрическая характеристика материала;
• R y - заданная шероховатость, мкм;
• r u - радиус при вершине токарного инструмента, мм;
• t x - глубина точения, мм;
• φ z - угол при вершине резца.

Скоростные параметры вращения шпинделя считаются по различным зависимостям. Одна из фундаментальных:

v = (C v *K v) : (T m *t x *S y), м/мин, где

• C v - комплексный коэффициент, обобщающий материал детали, резца, условия процесса;
• K v - дополнительный коэффициент, характеризующий особенности точения;
• T m - стойкость инструмента, мин;
• t x - глубина резания, мм;
• S y - подача, мм/об.

При упрощенных условиях и с целью доступности расчетов, скорость токарной обработки заготовки можно определить:

V = (π*D*n) : 1000, м/мин, где

• n - частота вращения шпинделя станка, об/мин.

Используемая мощность оборудования:

N = (P*v) : (60*100), кВт, где

• где P - сила резания, Н;
• v - скорость, м/мин.

Приведенная методика является очень трудоемкой. Существует большое разнообразие формул различной сложности. Чаще всего сложно правильно подобрать нужные, чтобы произвести расчет режимов резания при токарной обработке. Пример наиболее универсальных из них приведен тут.

Табличный метод

Суть этого варианта состоит в том, что показатели элементов находятся в нормативных таблицах в соответствии с исходными данными. Существует перечень справочников, в которых приведены значения подач в зависимости от параметрических характеристик инструмента и заготовки, геометрии резца, заданных показателей качества поверхности. Есть отдельные нормативы, вмещающие в себе предельно допустимые ограничения для различных материалов. Отправные коэффициенты, необходимые для расчета скоростей, также содержатся в специальных таблицах.

Такая методика используется обособленно или одновременно с аналитической. Она удобна и точна в применении для несложного серийного производства деталей, в индивидуальных мастерских и в домашних условиях. Она позволяет оперировать цифровыми значениями, используя минимум усилий и исходных показателей.

Графоаналитический и машинный методы

Графический способ является вспомогательным и основан на математических расчетах. Вычисленные результаты подач наносятся на график, где расчерчивают линии станка и резца и по ним определяют дополнительные элементы. Этот метод - очень сложная комплексная процедура, которая является неудобной для серийного производства.

Машинный способ - точный и доступный вариант для опытного и начинающего токаря, разработанный для того, чтобы вычислять режимы резания при токарной обработке. Программа предоставляет наиболее точные значения в соответствии с заданными исходными данными. Они обязательно должны включать:

• Коэффициенты, характеризующие материал обрабатываемой детали.
• Показатели, соответствующие особенностям инструментального металла.
• Геометрические параметры токарных резцов.
• Числовое описание станка и способов закрепления заготовки на нем.
• Параметрические свойства обрабатываемого объекта.

Сложности могут возникать на этапе числового описания исходных данных. Правильно задав их, можно быстро получить комплексный и точный расчет режимов резания при токарной обработке. Программа может содержать неточности работы, однако они менее значительны, чем при ручном математическом варианте.

Режим резания при токарной обработке - важная расчетная характеристика, определяющая ее результаты. Одновременно с элементами выбираются инструменты и охлаждающе-смазывающие вещества. Полный рациональный подбор этого комплекса - показатель опытности специалиста или его упорности.

При обработке резанием заготовка и инструмент совершают следующие движения:

· основные (для осуществления процесса резания);

· вспомогательные (для подготовки к процессу резания и завершения операции).

Основные движения при резании:

· главное движение D г;

· движение подачи D s .

При обработке на токарных станках главное движение – вращение заготовки, движение подачи – поступательное движение резца. Главное движение обеспечивает определенную скорость отделения стружки от заготовки; движение подачи дает возможность вести обработку по всей обрабатываемой поверхности.

При точении на обрабатываемой заготовке различают следующие поверхности (рис. 1.2):

- обрабатываемую поверхность 1 , представляющую собой поверхность заготовки, которая частично или полностью удаляется при обработке;

- обработанную поверхность 3 , т.е. поверхность, образованную на заготовке в результате обработки;

- поверхность резания 2 , образуемую непосредственно рабочей частью главной режущей кромки резца.

Поверхность резания является переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

Рис. 1.2. Поверхности при токарной обработке

Скорость главного движения резания v – скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в главном движении резания.

При точении, когда заготовка вращается с частотой вращения n (об/мин), скорость главного движения резания v (м/мин) в разных точках режущей кромки будет разная. В расчетах принимается максимальное ее значение

где D – наибольший диаметр поверхности резания, мм.

При продольном точении скорость резания постоянна, а при подрезке торца или отрезании – переменная, наибольшее ее значение – у периферии.

Подача S – величина перемещения точки режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу времени в направлении движения подачи. Различают подачу за один оборот заготовки (мм/об), и минутную

, (мм/мин). (1.2)

При токарной обработке подача может быть поперечная и продольная.

Глубина резания t – величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. Глубина резания всегда перпендикулярна направлению подачи (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Элементы сечения срезаемого слоя

При продольном обтачивании:

где D – диаметр заготовки;

d – диаметр обработанной поверхности.

При отрезке заготовки глубина резания t равна ширине отрезного резца b.

Глубина резания и подача характеризуют процесс резания с технологической стороны: с точки зрения положения и движения инструмента обеспечивающих процесс резания. Но при одной и той же подаче S и глубине резания t в зависимости от формы режущей кромки и ее расположения (углов в плане) меняются ширина и толщина поперечного сечения срезаемого слоя, от которых зависят процесс пластической и упругой деформации, сопротивление металла деформированию, количество выделившегося тепла и условия теплоотвода.

Ширина срезаемого слоя b (мм) – длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания (см. рис. 1.3).

Толщина срезаемого слоя а (мм) – длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя.

Толщина и ширина среза представляет собой не толщину и ширину стружки, а размеры до ее образования. Размеры стружки отличаются от размеров срезаемого слоя из-за явления усадки, происходящего вследствие деформации металла при резании. Между глубиной резания и шириной срезаемого слоя, подачей и толщиной срезаемого слоя существуют следующие зависимости:

Части и элементы резца

Резец состоит из рабочей части и крепежной части – стержня прямоугольного, квадратного или круглого сечения, служащего для установки и крепления резца в резцедержателе станка. Рабочая часть – это часть режущего инструмента, содержащая лезвие и имеющая форму клина. С ее помощью со срезаемого с заготовки слоя (припуска) отделяют слой определенной толщины, превращая его при этом в стружку.

На рабочей части резца затачивают переднюю поверхность 1 (рис. 1.4), контактирующую в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой; главную заднюю поверхность 5 , контактирующую с поверхностью резания; вспомогательную заднюю поверхность 3 , обращенную к обработанной поверхности.

Рис. 1.4. Конструктивные элементы резца

У резцов передняя и задняя поверхности чаще всего делаются плоскими.

Пересечения поверхностей рабочей части резца образуют режущие кромки. Пересечение передней и главной задней поверхностей образует главную режущую кромку 6 ; пересечение передней и вспомогательной задней поверхностей – вспомогательную режущую кромку 2 . Главная режущая кромка формирует большую сторону сечения срезаемого слоя, а вспомогательная – меньшую сторону.

Место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца 4 . Вершина резца может быть острой или в виде прямой линии закругленной (r = 0,5…2,0 мм) (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Форма сопряжений главной и вспомогательной режущих кромок

Высокое качество изготавливаемой детали и её низкую стоимость, выполняют расчет режима резания. Из данной статье вы узнаете, как правильно его рассчитывать и какие данные использовать при вычислениях.

Что такое режим резания

Чаще всего под этим термином имеют в виду вычисление глубины, подачи и скорости резания. Это основные параметры, без которых выточить деталь невозможно. Кроме того, также в расчет могут входить припуски на обработку, частота вращения шпинделя, масса заготовки и другие элементы обработки, которые оказывают влияние на условия протекания процесса точения.

Рассчитать режим резания можно несколькими способами. Первый и самый точный - это аналитический, и он предполагает собой использование эмпирических формул. Второй способ - табличный. Для его осуществления требуется изучение и анализ большого количества информации из различных справочников. Кроме того, для расчета режимов резания также могут быть использованы различные программы. Они значительно упрощают вычисление. Для этого требуется только ввести все известные параметры, и программа сама выполнит расчет.

Для чего необходимо выполнять расчет

Технологический маршрут обработки детали или поверхности включает в себя наименования необходимых операций и состоит из переходов. Для каждого из них необходимо рассчитать режим резания, определить оборудование, на котором будет производиться обработка, выбрать режущий инструмент, сделать чертеж и назначить необходимые размеры. Это необходимо для того, чтобы минимизировать затраты на производство и получить качественную деталь. Так, не выполнив расчет режима резания при точении, можно как сломать режущий инструмент, так и повредить деталь. Все это принесет убытки компании или предприятию, где выполнялась обработка. Выполнив расчет глубины, скорости резания и подачи, токарь с легкостью сможет выполнить свою работу.

Режущий инструмент при токарной обработке

Токарная работа выполняется на токарных станках при помощи резцов. Их существует огромное множество. Они классифицируются по виду обработки, по материалу, по виду конструкции. Отрезной резец - один из самых популярных. Из названия становится понятным, что он предназначен для отрезания торцов под прямым углом. Еще один наиболее популярный - расточной. Он предназначен для растачивания отверстий. Глубина резания для такого резца равна величине отгиба его рабочей части. Выбор режущего инструмента, прежде всего, зависит от требуемой операции и материала заготовки. Так, например, для чугунных изделий рекомендуется выбирать вольфрамовые резцы (ВК6М,ВК2, ВК3), для ковочных и жаропрочных сталей - титано-тантало-вольфрамовые (ТТ20К9, ТТ8К6, Т14К8). Чаще всего для обработки обычной стали используют инструмент из быстрорежущей стали (Р18,Р9) и с добавлением легирующих элементов (Р18К5Ф2, Р6МЗ, Р18Ф2). Кроме того, возможно применение резцов из углеродистой стали (У10А и У12А), однако следует учитывать, что при нагревании этого материала выше 200 °С он теряет стойкость и становится непригодным для дальнейшей работы. Режимы резания при обработке поверхностей обязательно учитывают режущий инструмент и его материал.

С чего начать

Прежде чем приступить к расчету режимов резания, необходимо выбрать режущий инструмент и определить, из какого материала выполнена его режущая часть и сама заготовка. Так, для хрупких металлов выбирают наименьшие значения. Кроме того, нужно знать, что при точении деталь нагревается и если скорость резания будет слишком высокая, из-за повышения температуры может деформироваться сама деталь. Далее, определяют вид обработки (черновая, чистовая). Для этих двух операций режим резания существенно отличается. Для чистовой обработки выбирают наименьшие допустимые значения, для получения необходимого класса точности. В зависимости от толщины срезаемого слоя также выбирают и количество проходов, за которые будет обработана поверхность.

Глубина

Одним из важных элементов режима резания является толщина срезаемого слоя за один проход - глубина. Если выполняется подрезание торца, то за глубину необходимо принимать всю снимаемую поверхность - её диаметр. Как уже было сказано ранее, немаловажным является и количество проходов. Они рассчитываются в зависимости от припусков на обработку. При этом около 60 % уходит на черновую обработку, 20-30 % - на получистовую и на чистовую (последний проход) - 10-20 %. Для цилиндрических поверхностей глубина резания t завит от диаметров детали. Так, расчет выполняют по формуле t = (D - d) / 2. Для плоских деталей, в расчете вместо диаметра используют длину. Для черновой обработки глубина принимается больше 2 мм, при получистовом - 1-2 мм, а при чистовом 0,3-1 мм. В целом, конечно же, этот параметр зависит от необходимого качества получаемой поверхности. Чем меньший класс точности необходим, тем меньшая должна быть глубина резания и тем больше будет проходов.

Подача

Величина перемещения резца за один оборот заготовки именуется подачей. При черновом точении этот параметр выбирается максимально допустимым. При чистовой обработке величина подачи будет зависеть от требуемого квалитета шероховатости. Конечно же, подача зависит и от глубины резания и размера детали. Чем меньше деталь, тем меньшее число необходимо выбрать. Что же касается срезаемого слоя, то чем он больше, тем подача меньше. Для удобства существуют специальные таблицы. В них можно увидеть зависимость величины этого значения от других параметров. Кроме уже вышеописанных элементов, иногда требуется знать размер державки резца, так он также влияет на величину подачи. При выборе этого параметра существуют и определенные исключения. Так, при токарных режимах резания с ударными нагрузками, значение из таблицы необходимо умножить на коэффициент 0,85. А если обрабатывается жаропрочная сталь, то подача не должна превышать 1 мм/об.

Скорость резания

Еще один важный элемент режимов резания - это скорость. В первую очередь она зависит от выполняемой операции. Например, отрезание торца можно производить на достаточно высокой скорости. Режимы резания при сверлении и точении весьма отличаются. По этой причине перед выполнением расчета необходимо точно знать название слесарной операции, используемый инструмент и материал заготовки. При токарной обработке для вычисления скорости диаметр детали умножают на количество её оборотов в минуту и на π. Полученное число делят на 1000. Как уже говорилось ранее, используя табличный метод можно не выполняя расчет подобрать скорость резания.

Проверка режима резания

После того как подача, глубина и скорость резания назначены, их необходимо проверить. Полученные значения не должны превышать те, которые записаны в паспорте станка. В противном случае при точении может быть поврежден не только режущий инструмент, но и сам станок.

Первый и самый важный показатель, который необходимо проверить, - это мощность двигателя станка и её необходимо вычислить по формуле: P x V / 1000, где Р - это сила резания, а V - уже рассчитанная действительная скорость резания. Теперь полученную мощность необходимо сравнить с допустимой по паспорту станка. Если она не превышает это значение, значит, расчет выполнен верно. Можно приступать к обработке. Если же расчетная мощность больше паспортной, то необходимо корректировать скорость резания, подачу и глубину.

Парфеньева И.Е. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. М.: Учебное пособие, 2009

3. Классификация и характеристика движения резания. Режимы резания. Качество обработанной поверхности Параметры процесса резания. Общая характеристика способа точения.

3.1. Классификация и характеристика движения резания

Чтобы с заготовки срезать слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Эти относительные движения обеспечиваются рабочими органами станков, в которых заготовка и инструмент устанавливаются и закрепляются.

Движения рабочих органов станков делят на рабочие или движения резания, установочные и вспомогательные.

Рабочие или движения резания – это движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла. К ним относят главное движение резания и движение подачи.

За главное движение резания принимают движение, определяющее скорость деформирования металла и отделения стружки. За движение подачи принимают движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, по своему характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают буквой V , скорость движения подачи (величину подачи) - S .

Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное расположение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала.

Вспомогательные движения – движения рабочих органов станков, не имеющие прямого отношения в процессу резания. Примерами служат: быстрые перемещения рабочих органов, переключение скоростей резания и подач и др.

Для любого процесса резания можно составить схему обработки . На схеме условно обозначают обрабатываемую заготовку, ее установку и закрепление на станке, закрепление и положение инструмента относительно заготовки, а также движения резания. Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют утолщенными линиями. Показывают характер движений резания.

На заготовке различают: обрабатываемую поверхность 1, с которой срезается слой металла; обработанную поверхность 3, с которой металл уже срезан; поверхность резания 2, образуемую в процессе обработки главной режущей кромкой инструмента.

Рис.1. Схемы обработки заготовки точением и сверлением

3.2. Режимы резания

Основными элементами режима резания являются: скорость резания V , подача S и глубина резания t . Элементы режима резания рассмотрим на примере токарной обработки.

Рис.2. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя

Скорость резания V – это расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/сек.

При точении скорость резания равна:

М/ мин

где D заг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки в минуту.

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или один ход заготовки или инструмента.

Подача в зависимости от технологического метода обработки имеет размерность:

мм/об – для точения и сверления;

мм/об, мм/мин, мм/зуб – для фрезерования;

мм/дв.ход – для шлифования и строгания.

По направлению движения различают подачи: продольную S пр , поперечную S п , вертикальную S в , наклонную S н , круговую S кр , тангенциальную S т и др.

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно последней. Глубину резания относят к одному рабочему ходу инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания имеет размерность мм. При точении цилиндрической поверхности глубина резания определяется по формуле:

где d –диаметр обработанной цилиндрической поверхности заготовки, мм.

Глубина резания всегда перпендикулярна направлению движения подачи. При подрезании торца глубиной резания является величина срезаемого слоя измеренная перпендикулярно к обработанному торцу. При прорезании и отрезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом.

Глубина резания и подача являются технологическими величинами, которыми оперируют в производственных условиях (при нормировании). Для теоретических исследований имеют значение геометрические величины срезаемого слоя: ширина, толщина и площадь срезаемого слоя.

Шириной срезаемого сло я «b » называется расстояние в мм между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания.

где - главный угол в плане.

Толщиной срезаемого слоя «a » называется расстояние в мм между двумя последовательными положениями поверхности резания за один оборот обрабатываемой детали, измеренное перпендикулярно к ширине срезаемого слоя

Площадь срезаемого слоя «f » равна

Мм2 .

Эта площадь сечения срезаемого слоя называется номинальной . Действительная площадь срезаемого слоя будет меньше номинальной за счет гребешков, оставляемых резцом на обработанной поверхности. Высота и форма остающихся гребешков влияет на шероховатость обработанной поверхности.

3.3. Качество обработанной поверхности

Качество обработанной поверхности определяется геометрическими и физическими характеристиками поверхностного слоя. Геометрические характеристики поверхности дают представление о погрешностях механической обработки. К этим погрешностям относятся:

· макрогеометрия поверхности, характеризуемая погрешностями формы, как, например, выпуклостью или вогнутостью плоских поверхностей и конусностью, бочкообразностью, седлообразностью, овальностью и огранкой цилиндрических поверхностей;

• микрогеометрия поверхности (шероховатость);
• волнистость.

Физические свойства поверхностного слоя отличаются от физических свойств основного материала. Это объясняется тем, что при обработке резанием поверхностный слой подвергается воздействию высоких температур и значительных сил, которые вызывают упругие и пластические деформации. Толщина деформированного слоя составляет при шлифовании порядка 50000Ао , при полировании 15000Ао (Ао =10-7мм). Таким образом, даже при такой чистовой обработке, как шлифование, поверхностный слой толщиной более 5 мкм отличается от основного металла.

Шероховатость поверхности определяет продолжительность нормальной работы деталей и машин. От степени шероховатости поверхности зависят износостойкость поверхностей трущихся пар, антикоррозионная стойкость деталей машин, стабильность посадок.

Чем грубее обработана деталь, тем меньше ее износостойкость. Наличие микронеровностей вызывает концентрацию напряжений во впадинах гребешков, что приводит к появлению трещин и снижает прочность деталей (особенно работающих при знакопеременных нагрузках).

Шероховатость на деталях после обработки оказывает значительное влияние на коррозионную стойкость. Очаги коррозии образуются в первую очередь во впадинах. Чем чище обработана поверхность, тем выше ее коррозионная стойкость.

Шероховатость оказывает влияние на стабильность подвижных и неподвижных посадок. Значительная шероховатость изменяет расчетную величину зазора или натяга.

Высота неровностей на обработанной поверхности зависит от величины подачи, геометрии резца (радиуса резца при вершине, главного и вспомогательного углов в плане и ). Кроме того, высота неровностей зависит от обрабатываемого материала, скорости резания, нароста, износа резца, вибраций и т.д.

Общая высота неровностей складывается из расчетной (теоретической) части шероховатостей и шероховатостей, возникающих от технологических факторов.

При обработке резцом, для которого радиус при вершине =0, теоретическая высота неровностей равна

где S – подача, мм/об; , - главный и вспомогательный углы в плане, град.

При :

Зависимость приближенная, так как не учитывает влияние технологических факторов. Высота неровностей возрастает с увеличением подачи, а также углов и и уменьшается с увеличением радиуса .

Влияние технологических факторов на шероховатость поверхности:

1.Скорость резания. В диапазоне скоростей резания, где нарост имеет максимальное значение, получается наибольшая шероховатость. Так, для стали средней твердости наибольшая шероховатость поверхности получается в диапазоне 15-30 м/мин.

2.Глубина резания непосредственно не влияет на высоту микронеровностей.

3.Чем выше вязкость обрабатываемого материала, тем больше высота шероховатостей.

4.Применение СОЖ уменьшает размеры неровностей.

На шероховатость обработанной поверхности влияет шероховатость на режущей кромке инструмента. Она копируется и непосредственно переносится на обработанную поверхность.

3.4. Параметры процесса резания

Параметры процесса резания – это переменные, используемые для описания и анализа процесса резания. К ним относят множество размеров обработанной поверхности (линейные, угловые), множество параметров шероховатости; основное время, непосредственно затраченное на резание То , стойкость инструмента Т , эффективную мощность резания, скорость резания, геометрические параметры резцов и т.д.

Основное технологическое время обработки То –это время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки.

Для токарной обработки

где -путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи; l –длина обработанной поверхности, мм; –величина врезания () и перебега резца (1–2), мм;

i – число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку;

n – частота вращения заготовки, об/мин;

S – подача, мм/об.to –основное (технологическое) время, затрачиваемое на резание;

t в - вспомогательное время, необходимое для установки и снятия детали, измерения ее, управления станком и др.;

t об - время обслуживания станка и рабочего места, отнесенное к одной детали;

t п - время перерывов на отдых и естественные надобности, отнесенное также к одной детали.

Отдельные составляющие штучного времени определяются по нормативно-справочным данным.

Элементы режима резания назначают следующим образом:

1. сначала выбирают глубину резания. При этом стремятся весь припуск на обработку снять на один проход режущего инструмента. Если по технологическим причинам необходимо сделать два прохода, то при этом на первом проходе снимают 80% припуска, при втором 20%;

2. выбирают величину подачи. Рекомендуют назначать наибольшую допустимую величину подачи, учитывая требования точности и шероховатости обработанной поверхности, а также режущие свойства материала инструмента, мощности станка и другие факторы;

3. определяют скорость резания по эмпирическим формулам. Например, для точения

где СV - коэффициент, зависящий от обрабатываемого и инструментального материалов и условий резания;

Т – стойкость резца в минутах;

m - показатель относительной стойкости;

XV , YV –показатели степеней.

4. по найденной скорости определяется число оборотов шпинделя станка и по паспорту станка выбирается ближайшее меньшее