Режимы резания при токарной обработке

Расчет режимов обработки фрезерного станка

Проверка корректности рабочих параметров

Теоретические данные, полученные с помощью вычислений, способны дать результаты с довольно большими допусками. Чтобы окончательно выбрать оптимальный порядок, необходимо проверить эти выкладки на практике на наличие погрешностей. Отличаться могут как физические свойства материала, так и технические характеристики станка. В жизни не бывает абсолютно одинаковых агрегатов.

Корректировка режима обязательна каждый раз при:

запуске новой серии;
смене оборудования;
замене партии заготовок.

При этом производится пробная обработка с плавным изменением всех рекомендуемых габаритов и выбираются значения, наиболее подходящие для этого случая. Похожие действия нужно повторить и при смене инструмента. Для бесперебойной эксплуатации рекомендуется подобрать норматив с достаточным запасом. Это позволит избежать брака и сэкономить время на переналадку.

§ 4. Элементы режимов резания при фрезеровании

Скорость резания v — длина пути (в метрах), которую проходит за одну минуту наиболее удаленная от оси вращения точка главной режущей кромки.

За один оборот фрезы точка режущей кромки, расположенная на окружности фрезы диаметром D пройдет путь, равный длине окружности, т. е. πD.

Чтобы определить длину пути, пройденного этой точкой в минуту, надо умножить длину пути за один оборот на число оборотов фрезы в минуту, т. е. nDn мм/мин. Если скорость резания выражается в метрах в минуту, то формула для скорости резания при фрезеровании будет

Если необходимо определить число оборотов фрезы в минуту, то формула примет вид

При фрезеровании различают следующие виды подач (рис. 12): подачу на один зуб, подачу на один оборот и минутную подачу. По направлению различают продольйую, поперечную и вертикальную подачи.

Рис. 12. Виды подач

Подачей на зуб (S_z, мм/зуб) называется величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за время ее поворота на один зуб.

Подачей на один оборот фрезы (S_o, мм/об) называется величина перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за один оборот фрезы.

Подача на один оборот равняется подаче на зуб, умноженной на число зубьев фрезы:

S_o = S_z • Z.

Минутной подачей (S_м, мм/мин) называется величина относительного перемещения стола с обрабатываемой заготовкой или фрезы за одну минуту.

Минутная подача равна произведению подачи на один оборот фрезы на число оборотов фрезы в минуту:

S_м = S_o • n = S_z • z • n мм/мин.

Как видно на рис. 12, каждый зуб фрезы снимает одинаковую стружку в виде запятой. Стружка, снимаемая одним зубом, определяется двумя дугами контакта соседних зубьев. Расстояние между этими дугами, измеренное по радиусу фрезы, переменное. Оно определяет толщину среза. Из рис. 12 видно, что толщина среза изменяется от нуля до максимального значения.

На обрабатываемой заготовке при фрезеровании различают обрабатываемую поверхность, обработанную поверхность и поверхность резания (рис. 13).

Рис. 13. Поверхности при фрезеровании

Для всех видов фрезерования различают глубину резания и ширину фрезерования. Глубина фрезерования — расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями (см. рис. 13). Ширина фрезерования — ширина обработанной за один проход поверхности. Обычно глубину фрезерования принято обозначать буквой t, а ширину фрезерования — В. Это справедливо в том случае, когда указанные параметры рассматриваются как технологические. Параметр (глубина или ширина фрезерования), который оказывает влияние на длину контакта главных режущих кромок фрезы с обрабатываемой заготовкой, будем обозначать буквой В, второй, не влияющий на указанную длину, — буквой t. На рис. 14 видно, что параметром, влияющим на длину контакта главных режущих кромок с обрабатываемой заготовкой и обозначенным буквой В, будет ширина фрезерования при фрезеровании плоскости цилиндрической фрезой (рис. 14, а), паза или уступа дисковой фрезой (рис. 14, б и в), или глубина фрезерования при фрезеровании паза или уступа концевой фрезой (рис. 14, г и д) уступа торцовой фрезой (рис. 14, е), торцовой фрезой с угловым лезвием (рис. 14, ж), симметричное фрезерование торцовой фрезой (рис. 14, з) и несимметричное фрезерование торцовой фрезой (рис. 14, и).

Рис. 14. Глубина резания и ширина фрезерования

Поэтому в дальнейшем буквой В будем обозначать ширину фрезерования при обработке цилиндрическими, дисковыми, отрезными и фасонными фрезами или глубину фрезерования при обработке торцовыми и концевыми фрезами. Буквой t — глубину фрезерования при обработке цилиндрическими, дисковыми, отрезными и фасонными фрезами или ширину фрезерования при обработке торцовыми и концевыми фрезами.

Слой материала, который необходимо удалить при фрезеровании, называется припуском на обработку. Припуск можно удалить в зависимости от его величины за один или несколько проходов. Различают черновое и чистовое фрезерование. При черновом фрезеровании обработку производят с максимально допустимыми по условиям обработки глубинами резания и подачами на зуб. Чистовым фрезерованием получают детали с окончательными размерами и поверхностью высокого класса шероховатости.

Скорость подачи

Она ограничена силами, которые действуют во время резки. Эти силы могут привести к некоторым неисправностям:

надлом или изменение формы режущего элемента;
деформации или поломке обрабатываемого материала;
выход из строя станка.

Лучше всего работать при наибольшем значении подачи. Чаще всего эту величину берут из специальных таблиц, пособий. Они составляются благодаря многочисленным исследованиям и опытам, которые проводятся на машиностроительных заводах. Уже 47 лет лучшее пособие – это книга Ю.В. Барановского «Режимы резания металлов» 1972 г. За годы им пользовались инженеры на заводах, преподаватели, учащиеся в институтах. В пособии учтены результаты экспериментальных исследований механообрабатывающего, металлообрабатывающего производства Волжского автозавода.

При выборе скорости подачи из справочного материала, данное значение изменяют по кинематическим показателям оборудования, на котором производится металлообработка. Т.е. нужно взять ближайшее наименьшее значение подачи. Для чернового прохода берут скорость от 0,4 до 1,5 мм за оборот, для чистового от 0,11 до 0,4 мм за оборот.

Если уменьшать скорость подачи, а увеличивать глубину, то нагрузка на оборудование увеличивается. Если сделать наоборот, то нагрузка уменьшится. Из этого получается, что глубина оказывает наибольшее влияние на оборудование.

Скорость резания

Схема расчетов

Перед выполнением расчетов операции резания необходимо определить, какой тип режущего инструмента будет использоваться в данном случае. При токарной или абразивной обработке хрупких материалов выбирают оснащение с минимальными показателями. Следует не забывать, что во время работы деталь обычно довольно сильно нагревается. Если скорость обработки будет очень высокая, она может деформироваться, что приведет к ее непригодности.

Процесс резания металла

Обязательно учитывается, какая обработка будет осуществляться – чистовая или черновая. В первом случае подбирают рабочие параметры, которые обеспечат максимальную точность

Специалисты обращают внимание и на толщину срезаемого слоя. В зависимости от данной характеристики выбирается количество проходок для выполнения обрезки на специальном оборудовании

Глубина

Глубина является одним из важнейших параметров для обеспечения качества изготовленных заготовок. Она определяет толщину срезаемого слоя за одну проходку. При выполнении подрезки торца за глубину принимают диаметр детали.

Учитывается количество проходов, что определяется припусками на обработку:

Изменение обрабатываемого диаметра

60% на черновую;
20–30% на получистовую;
10–20% на чистовую.

Для определения глубины обрезки цилиндрических заготовок используется следующая формула:

k=(D-d)/2, где к – глубина обрезки, D – первоначальный диаметр, d – получаемый диаметр.

При определении режимов резания при работе с плоскими деталями вместо диаметров используют длину. Принято считать, что при черновой обработке глубина должна составлять больше 2 мм, получистовой – 1–2 мм, чистовой – меньше 1 мм. Данный параметр зависит от требований к качеству деталей. Чем меньше класс точности, тем больше проходов необходимо выполнить для достижения необходимых свойств изделий.

Схема черновой обработки металла

Подача

Пример построения траектории движения резца

Под подачей подразумевают величину перемещения резца за один оборот заготовки. При выполнении черновой обработки данный параметр может иметь максимально возможные значения. На завершительном этапе работ значение подачи определяется с учетом квалитета шероховатости. Данная характеристика зависит от глубины обрезки и габаритов заготовки. Чем меньше размеры, тем она ниже. При большой толщине срезаемого слоя выбираются минимальные параметры подачи.

Чтобы облегчить работу специалистам, разработаны специальные таблицы. Там указаны значения подачи при разных условиях режима резанья. Для выполнения точных расчетов иногда необходимо знать размер державки резца.

Если резанье выполняется с существенными ударными нагрузками, значения с таблицы необходимо умножать на коэффициент 0,85. При работе с жаропрочной конструкционной сталью подача не должна быть больше 1 мм/об.

Подачи при черновом наружном точении

Скорость

Скорость резания – это один из важнейших показателей, который определяется на этапе расчетов перед выполнением основных работ. Ее значения зависят от проводимых операций. Обычно отрезание торцов происходит при максимально возможной скорости. Сверление или точение имеют совсем иные требования к данному рабочему параметру. Поэтому для качественного выполнения поставленных задач необходимо знать следующее:

Таблица для расчета режимов резания

тип выполняемой слесарной операции;
вид применяемого токарного инструмента;
материал, из которого изготовлена заготовка.

При традиционной токарной обработке скорость определяется путем умножения диаметра заготовки на количество ее оборотов за минуту и на π. Полученное значение необходимо разделить на 1000. Также скорость резанья можно определить, используя стандартные таблицы для режимов резанья.

Проверка выбранных рабочих характеристик

Когда глубина, подача и скорость определены, их необходимо проверить. Полученные рабочие параметры не должны быть больше нормативных значений, которые указаны в паспорте эксплуатируемого токарного станка.

Обязательно необходимо определить мощность оборудования. Для этого силу обрезки умножают на ее скорость и делят на 1000. Полученное значение сравнивают с тем, что указано в паспорте станка. Если рассчитанные по формулам параметры больше, необходимо корректировать глубину, подачу и скорость, чтобы избежать повреждения оборудования и инструментов.

Выбор материала резца при токарной обработке

Скорость резания

Это скорость движения режущей стороны резца или металла по направлению основного движения резки. Обозначается латинской буквой V, измеряется в м/мин. и определяется следующим образом:

V= π*d*n/1000 (1)

V – это скорость резки,

d – диаметр обрабатываемого материала, измеряется в миллиметрах,

n – число оборотов шпинделя в минуту.

Зная значение V можно получить необходимое число оборотов шпинделя. Получив данную величину, нужное число оборотов шпинделя берется по паспорту станка, которое является ближайшим к величине определенной расчетным методом. Если паспорт отсутствует, то берут теоретическое число, т.е. то, которое получили из вычислений. В данном случае обязательно нужно учесть знаменатель прогрессии, и не менять количество оборотов при несущественном различии в диаметрах.

Скорость резания можно получить по формулам, которые определены для всех видов металлообработки из показателей стойкости резца.

Если необходимо выполнить продольные или поперечные точения, то значение V будет:

V= Cv*Kv/T*t*S (2)

T – период стойкости резца,

t – глубина резки металла,

S – скорость подачи.

Cv в данном случае является коэффициентом, полученным при наблюдении во время опытов. Данное значение необходимо брать из таблицы специального пособия. Выбирается вариант для «стандартных» условий металлообработки. Под словом «стандартные» условия имеется в виду использование давления в 750 МПа использование твердосплавного резца.

В реальных условиях показатели резки и обработки довольно часто не совпадают со «стандартными условиями». По этой причине для получения оптимальной величины вводится поправочный коэффициент – Кv. Он учитывает все отличия.

Рассчитать его можно следующим путем:

Kv=Kмv*Kпv*Kиv (3)

Кмv – коэффициент учитывает влияние металла заготовки;
Kпv – значение, которое учитывает состояние поверхности обрабатываемого металла;
Kиv – коэффициент учитывает влияние материала, из которого изготовлен резец.

Все показатели берутся из справочников.

При резке пазов или фасонном точении берется формула (2) в измененном виде. В ней не учитывается значение t. Т.е. формула примет вид:

V= Cv*Kv/T*S (4)

Скорость, которую высчитали по формулам (2) и (4) является расчетной и полученное значение имеет лишь рекомендательный характер.

Дополнительные материалы

Во время изготовления, большинство специалистов руководствуются в качестве дополнительного пособия, приведенными ниже показателями. Таблица коэффициента прочности:

Материал заготовки	Граница прочности	Шкала твердости по Бринеллю	Коэффициент, МПа
легированная и углеродистая сталь	варьируется от 400–1100 единиц	–	1500–2600
чугун, а также серый	–	1400–2200	1000–1200
бронза	–	–	600
силумин	–	–	450
дуралюмин	предел прочности от 250 до 350, но часто встречается и выше в зависимости от качества заготовки	–	600–1100

Коэффициент прочности материала:

Сталь, кг/мм	Значение показателя
50,1–60,1	1,61
60,1–70,3	1,27
70,3–80,1	1,1
80,3–90,1	0,87
90,3–100,1	0,73
Чугун, кг/мм	Значение показателя
140,1–160,3	1,50
160,1–180,1	1,21
180,1–200,3	1,1
200,3–220,3	0,83

Коэффициент стойкости резца:

Значение стойкости, минуты	Показатель
27–30	1,27
43–46	1,11
57–60	1,09
83–90	1,03

Какой инструмент использовать

Такой, что обеспечит:

• необходимую форму и геометрические параметры заготовки;
• достаточное качество готовой поверхности;
• технологичность и безопасность процесса выпуска;
• минимальные энергетические затраты при хорошей производительности;
• экономичный расход дорогих и/или редких материалов;
• ремонтопригодность изделия.

Выше мы уже писали, что длина обработки (резания) и подача на оборот при точении зависят лезвия, поэтому его тоже нужно рассмотреть подробнее. Сделаем это прямо сейчас, сгруппировав все разнообразие вариантов по главным признакам и выделив их особенности.

Характеристика режимов резания

Необходимые технологические параметры, используемые при токарной обработке металлов, берут свое начало в теории резания. Основные ее положения применяются конструкторами при проектировании режущих инструментов, металлорежущих станков и приспособлений.

Требуемые режимы обработки точением можно получить двумя способами. В первом случае режимы назначаются, для чего используются табличные данные. Данные регистрировались на протяжении длительного времени на разных этапах обработки различным инструментом.

Читать также: Схема подключения фотореле для уличного освещения

Во втором случае режимы резания рассчитываются по эмпирическим формулам. Этот способ называется аналитическим методом. Считается, что аналитический метод дает более точные результаты в отличие от назначенных параметров.

На сегодняшний день разработчики программного обеспечения предлагают множество программ для расчета режимов обработки. Достаточно ввести в поля известные данные и программа самостоятельно выполнит расчеты и выдаст результат. Это значительно упрощает работу и снижает ее продолжительность.

Для изготовления детали с заданными размерами и необходимой чистотой поверхности необходим чертеж. На его основе разрабатывается технологический процесс обработки с подбором необходимого оборудования и инструмента.

Схема расчетов

Перед выполнением расчетов операции резания необходимо определить, какой тип режущего инструмента будет использоваться в данном случае. При токарной или абразивной обработке хрупких материалов выбирают оснащение с минимальными показателями. Следует не забывать, что во время работы деталь обычно довольно сильно нагревается. Если скорость обработки будет очень высокая, она может деформироваться, что приведет к ее непригодности.

Процесс резания металла

Обязательно учитывается, какая обработка будет осуществляться – чистовая или черновая. В первом случае подбирают рабочие параметры, которые обеспечат максимальную точность

Специалисты обращают внимание и на толщину срезаемого слоя. В зависимости от данной характеристики выбирается количество проходок для выполнения обрезки на специальном оборудовании