Расчет режимов резания

Московский государственный технический университет им.

Калужский филиал

,

Расчет режимов резания

Методические указания

Москва

Издательство МГТУ им.

2012

УДК 621.96

ББК 34.63

Ш28

Рецензент:

доктор техн. наук, профессор кафедры М1-КФ

Утверждено методической комиссией КФ МГТУ им.

(протокол № от)

Ш28 , Лысенко режимов резания: Методические указания. — М.: Изд-во МГТУ им. , 2012. — с.

Методические указания предназначены для студентов факультетов МТК и КМК, выполняющих работы в лаборатории УТП.

Приведены основные сведения о порядке выполнения домашнего задания, выборе глубины резания и подачи, формулы расчета скорости резания и силы резания, определения мощности станка, в таблицах указаны показатели коэффициентов, используемых в расчетных формулах, паспортные данные станков.

Методические указания включают расчет режимов резания при обработке точением.

УДК 621.96

ББК 34.63

© , 2012

© Издательство МГТУ им. , 2012

Эффективность и качество изготовления деталей машин зависят от рационального проведения процессов обработки металлов резанием, которое достигается в том случае, если:

а) режущая часть инструмента имеет оптимальные геометрические параметры и качественную заточку лезвий;

б) обработка заготовок ведется с технически и экономически обоснованными параметрами подачи и скорости резания

в) кинематические и динамические возможности механизмов коробки подач и коробка скоростей станка позволяют реализовать обоснованные значения подачи и скорости резания.

Под термином режимы резания понимается совокупность числовых значений глубины резания, подачи, скорости резания, геометрических параметров и стойкости режущей части инструментов, а также силы резания, мощности и других параметров рабочего процесса резания, от которых зависят его технико-экономические показатели. Режимные параметры взаимосвязаны и поэтому нельзя произвольно изменять значения хотя бы одного из них. не изменяя соответствующим образом всех прочих. При выборе и назначении режимов резания необходимо производить соответствующее согласование значений всех параметров с учетом возможности их реализации на используемом оборудовании.

Решать задачи нужно в такой последовательности:

¨  начертить эскиз детали в положении, как она устанавливается на станке; указать утолщенной линией поверхность, обрабатываемую в соответствии с заданием, ее размеры и шероховатость;

¨  выбрать тип и модель металлорежущего станка;

¨  подобрать крепежное приспособление;

¨  выбрать режущий инструмент, его материал и геометрические параметры режущей части;

¨  рассчитать режим резания:

1) выбрать глубину резания для каждого перехода, если их несколько;

2) определить расчетом или выбрать значение подачи;

3) выбрать значение периода стойкости режущего инструмента;

4) рассчитать скорость резания, допускаемую режущим инструментом при выбранном периоде стойкости (при этом учесть поправочные коэффициенты); определить расчетную частоту вращения шпинделя станка в минуту по полученной расчетом скорости резания; выбрать ближайшую, меньшую к расчетной, частоту вращения шпинделя из имеющихся у станка, и по ней определить фактическую скорость резания;

5) рассчитать силу резания (осевую силу) и крутящий момент при сверлении с учетом поправочных коэффициентов;

6) сравнить расчетную силу подачи (осевую силу) с допускаемой прочностью механизма подачи данного станка;

7) определить мощность, потребляемую на осуществление процесса резания, и сравнить ее с мощностью электродвигателя станка;

8) определить основное технологическое (машинное) время резания при обработке заданной части детали.

Выбор металлорежущего станка

Тип и модель станка выбирают в зависимости от выполняемой операции обработки и габаритных размеров детали. Данные о станках берут из каталога «Металлорежущие станки», Справочника технолога-машиностроителя и других справочников и учебных руководств. Техническая характеристика некоторых станков приведена также в приложении. Данные по выбранному станку студент должен записать в отчет; в конце расчетной части он должен сделать вывод о правильности выбора станка по коэффициенту использования его мощности. Однако в технической характеристике (паспорте) металлорежущего станка указывают только минимальное и максимальное значения подачи и частоты вращения а также их количество. Поэтому необходимо определить промежуточные значения и которые на данном станке образуют стандартный ряд по закону геометрической профессии. Для определения промежуточного значения необходимо найти знаменатель геометрической прогрессии:

где — знаменатель геометрической прогрессии; — число членов прогрессии (количество подач или частот вращения шпинделя);

Стандартизированы следующие знаменатели рядов Принятые в станкостроении: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0.

Подбор крепежного приспособления и способа креплении

Обрабатываемая заготовка крепится на станке при помощи приспособления. Решающее значение для выбора того или иного приспособления имеет размер серии обрабатываемых деталей: чем она больше, тем целесообразнее применять более дорогое приспособление, например специальное, обеспечивающее высокую производительность труда. Применительно к заданному типу производства, серийному, экономически целесообразно использовать универсальные либо переналаживаемые специальные приспособления, например кондукторы для сверления, установочно-зажимные устройства и т. д.

Выбор режущего инструмента

Тип инструмента выбирают в соответствии с выполняемой операцией. Материал режущей части нужно выбирать в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала и характера работы.

Геометрические параметры режущей части инструмента определяются в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, материала режущей части инструмента, условий обработки и требуемой шероховатости обработанной поверхности. Значения геометрических параметров режущей части инструмента смотрите в рекомендуемой литературе.

Выбор значения периода стойкости режущего инструмента

Стойкостью называется период работы режущего инструмента до его затупления. Так как период стойкости инструмента оказывает наибольшее влияние на скорость резания, правильный выбор этого фактора имеет большое значение.

Период стойкости колеблется в значительных пределах. Так, для резцов из быстрорежущей стали период стойкости принимают равным 60 мин; для резцов с пластинами из твердого сплава — 90–120 мин; для сверл из быстрорежущей стали диаметром до 20 мм — 25–40 мин, а диаметром свыше 30 мм — 40–60 мин; для фрез цилиндрических из быстрорежущей стали — 120 мин, а со вставными ножами из твердого сплава — 180–540 мин, Стойкость протяжек — 106–500 мин; шлифовального круга — 10–20 мин.

На величину стойкости инструмента существенное влияние оказывает смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). Как правило, применение СОЖ облегчает стружкообразование и снижает температуру в зоне резания, что существенно повышает стойкость режущего инструмента.

Расчет режимов резания

Режимы резания при точении

Необходимо определить основные характеристики режима резания.

Глубина резания, толщина слоя металла (стружки), срезаемого за один проход инструмента, обозначается мм. Выбор глубины резания зависит главным образом от требуемого класса шероховатости обработанной поверхности и величины припуска. Припуск до 2 мм срезается за один проход. Если он более 3 мм и требуется низкая шероховатость, то припуск срезается за два прохода: один черновой проход, когда глубина резания принимается равной 0,75–0,85 от припуска, другой — чистовой, при котором срезается оставшаяся часть.

При наружном продольном точении:

при расточке отверстий:

где — диаметр поверхности до обработки, мм; — диаметр поверхности после обработки, мм.

Подача мм/об (точнее, скорость подачи) — величина перемещения режущей кромки по направлению движения подачи вдоль обрабатываемой поверхности за один оборот детали. Она зависит главным образом о требуемого класса шероховатости, механических свойств обрабатываемой детали и свойств режущего инструмента. Численные значения подачи при черновой и чистовой обработке приведены в таблицах справочников и общемашиностроительных нормативов, указанных в рекомендуемой литературе.

Практическая подача для токарной обработки мм/об, принимается равной: при черновой обработке 0,4–0,8; при чистовой — 0,1–0,3. Выбранная подача должна быть скорректирована по паспорту металлорежущего станка. Необходимо чтобы

Расчетная скорость резания при точении м/мин, вычисляется по эмпирической формуле:

где — коэффициент, зависящий от качества обрабатываемого материала и материала режущей части инструмента; — поправочный коэффициент, учитывающий реальные условия резания; — принятый период стойкости резца, мин; — показатели степени.

Поправочный коэффициент:

где — поправочный коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала; — поправочный коэффициент, зависящий от материала режущей части инструмента — марки твердого сплава (табл. 2); — поправочный коэффициент, учитывающий влияние периода стойкости резца (табл. 3); — поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки (табл. 4).

Таблица 1

Механические свойства конструкционных легированных сталей и чугуна

Группа стали	Марка стали	кгс/мм3	кгс/мм3	%	Твердость нормализованной стали НВ, не более
Хромистая	15ХА 20ХА 30ХРА 40Х	70 80 160 100	50 65 130 80	12 11 9 10	179 187 241 257
Марганцовистая	15Г 20Г 40Г 40Г2	42 46 60 67	25 28 36 39	26 24 17 12	163 179 267 217
Хромомарганцевая	18ХГ 20ХГР 30ХГТ 40ХГТР	90 100 150 100	75 80 130 80	10 9 9 11	187 197 239 229
Хромокремнистая	33ХС 40ХС	990 125	70 1190	13 12	245 255
Хромокремнемарганцевая	25ХГСА 30ХГС 30ХГСН2А 35ХГСА	80 110 165 165	65 85 140 130	12 10 9 9	207 229 265 241
Хромоникелевая	20ХН 40ХН 12ХН3А 12Х2Н4А 20Х2Н4А	80 100 95 115 130	60 80 70 95 110	14 11 11 10 9	197 229 217 269 269
Хромоалюминиевая	38Х2Ю 38Х2МЮА	90 100	75 85	10 14	229 229
Хромомолибденовая	15ХМ 30ХМА 40ХМФА	45 95 105	28 75 13	21 12 9	179 229 269
Серый чугун	С412-28 С415-32 С418-36 С428-48 С440-60	12 15 18 28 40			143–229 163–229 170–229 170–241 207–269
Высокопрочный чугун	В438-17 В450-2 В470-3 В4100-4	38 50 70 100			140-
Ковкий чугун	К430-6 К436-8 К445-8	30 33 45 60			163 163 241 269

Таблица 2

Поправочный коэффициент, учитывающий материал режущей части инструмента

Марка твердого сплава		Марка твердого сплава
Т5К10 Т15К6 Т30К4	0,65 1,00 1,50	ВК8 ВК6	1,00 1,20

При точении резцом, оснащенным твердым сплавом для стали:

для чугуна:

Значения и НВ приведены в табл. 1.

Таблица 3

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние периода стойкости резца

Стойкость резца мин		Стойкость резца мин
30 45 60	1,15 1,06 1,00	75 90 120	0,94 0,92 0,87

Таблица 4

Поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки

Обрабатываемый материал	Предел прочности кгс/мм2	Твердость по Бринеллю НВ	для заготовки
с коркой	без корки
Углеродистые, легированные стали и стальное литье Чугун серый	40–50 50–60 60–70 70–80 80–90 — — — —	— — — — — 140–160 160–180 180–200 200–220	1,76 1,35 1,03 0,80 0,65 1,13 0,91 0,75 0,64	2,20 1,69 1,29 1,00 0,81 1,51 1,21 1,00 0,85

Определив поправочный коэффициент, находят скорость резания в зависимости от принятых значений стойкости глубины резания, подачи (принятой по станку). Значения приведены в табл. 5.

Таблица 5

Поправочные коэффициенты, учитывающие подачу резца

Обрабатываемый материал и его механические свойства	Подача, мм/об
Сталь Серый чугун		420 350 292 243	0,15 0,15 0,15 0,15	0,20 0,35 0,20 0,40	0,2 0,2 0,2 0,2

После определения расчетной скорости необходимо проверить возможность осуществления ее на выбранном станке. Для этого следует найти значение расчетной частоты вращения шпинделя об/мин:

где — расчетная скорость резания, м/мин; — диаметр поверхности до обработки, мм.

Полученное значение расчетной частоты вращения шпинделя сравнивают с имеющимся на металлорежущем станке и принимают ближайшее меньшее (см. раздел «Выбор металлорежущего станка» и приложение)

По принятому значению частоты вращения находят фактическую скорость резания м/мин:

Силу резания определяют по формуле, кгс,

Поправочный коэффициент:

где — поправочный коэффициент на обрабатываемый материал (табл. 6); — поправочный коэффициент на главный угол в плане резца (табл. 7).

Таблица 6

Поправочный коэффициент на обрабатываемы материал

Сталь	Чугун
кгс/мм2		НВ
40–50 51–60 61–70 71–80 81–90	0,76 0,82 0,89 1,00 1,10	140–160 161–180 181–200 201–220 221–240	0,88 0,94 1,00 1,06 1,12

Таблица 7

Поправочный коэффициент, учитывающий главный угол в плане резца

град
Сталь	Чугун
45 60 90	1,00 0,98 1,08	1,00 0,96 0,92

Значения при точении приведены в табл. 8.

Таблица 8

Значения при точении

Обрабатываемый материал	Материал режущей части
Сталь Чугун	Твердый сплав Быстрорежущая сталь Твердый сплав Быстрорежущая сталь	153	1 1 1 1	0,75 0,75 0,75 0,75	–0,15 0 0 0

Возможность осуществления на выбранном станке принятого режима резания проверяют путем сопоставления расчетного значения силы подачи, определяемого по формуле со значением силы, допускаемой механизмом подачи выбранного металлорежущего станка и указываемой в его паспорте, Необходимо, чтобы

Эффективную мощность на резание кВт, определяют по формуле:

Потребная мощность на шпинделе:

где — КПД станка (см. приложение).

Коэффициент использования станка по мощности главного электродвигателя:

где — мощность главного электродвигателя, кВт (см. приложение).

Основное технологическое (машинное) время, мин:

где — расчетная длина обработки поверхности, мм; — частота вращения детали или инструмента, об/мин; — подача, об/мин; — количество проходов, зависящее от припуска на механическую обработку, глубины резания и требуемого класса шероховатости.

Расчетная длина обработки при точении, мм:

где — действительная длина детали (чертежный размер), мм; — величина резания, мм:

где — главный угол резца в плане; — выход (пробег) инструмента, мм.

Приложение

Токарно-винторезные станки

Показатели	Модели станков
1М61	1А616	16К20
Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм	320	320	415
Расстояние между центрами, мм	1000	710	1000
Число ступеней частоты вращения шпинделей	24	21*	22**
Частота вращения шпинделя, об/мин	12,5–1600	9–1800	12,5–1600
Число ступеней подач суппорта	24	16*	42**
Подача суппорта, мм/об: - продольная - поперечная	0,08–1,9 0,04–0,95	0,065–0,91 0,065–0,91	0,05–4,16 0,035–2,08
Мощность главного электродвигателя, кВт	4	4	10
КПД станка	0,75	0,75	0,75
Наибольшая сила подачи механизмом подачи, кгс	150	210	600

Список рекомендуемой литературы

1. Технология конструкционных материалов: Учебник для вузов / Под ред. и др. Изд. 5-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 2004. — 512 с.

2. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки. Учебник для студентов вузов / Под ред. . Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1975. — 656 с.

3. , Грановский металлов. Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1985. — 304 с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2 / По ред. . Изд. 3-е, перераб. — М.: Машиностроение, 1972. — 568 с.

5. , Мещеряков технолога машиностроителя. — М.: Машиностроение, 1986. — 854 с.

* Для станка модели 1А616 частота вращения шпинделя, об/мин (выборочно): 90; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 500; 710; 900. Величина продольных подач, мм/об (выборочно): 0,1; 0,13; 0,15; 0,17; 0,2; 0,23; 0,3; 0,4; 0,45; 0,5.

** Для станка модели 16К20 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. Величина продольных подач, мм/об: 0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8.