МЕТОДИКИ ПРИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ ЛЕЗОВИМ ІНСТРУМЕНТОМ

ЛЕКЦІЯ 16. МЕТОДИКИ ПРИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ

ЛЕЗОВИМ ІНСТРУМЕНТОМ

16.1 Загальні поняття про режим різання

Режимом різання називають сукупність глибини різання, подачі, швидкості різання та періоду стійкості інструменту. Раціональним режимом різання називають такий, який при виконанні всіх вимог, що висунуті до якості оброблюваної деталі, забезпечує при мінімальній собівартості операції максимально можливу для даної собівартості продуктивність.

З’ясуємо, який параметр режиму – глибину різання чи подачу – доцільніше збільшувати в першу чергу.

Нехай при обточуванні валу довжиною l (рис.16.1) необхідно видалити припуск розміром H. Виконаємо оброблення при двох режимах різання. В першому випадку глибина різання t1 = t буде дорівнювати припуску на оброблення H, а подача s1 = s. В другому випадку глибина різання t2 = t/2 буде дорівнювати H/2, а подача 2s. В обох випадках площа поперечного перетину зрізу є однаковою і дорівнює t·s. Охарактеризуємо продуктивність оброблення основним технологічним часом Tо. Якщо оброблення виконується за один прохід, то основний технологічний час визначиться за формулою

.

Рисунок 16.1 – Два варіанти видалення припуску розміром H

Чим менший основний технологічний час, тим більша продуктивність оброблення і навпаки. Визначимо основний технологічний час для обох варіантів:

для першого варіанту

;

для другого варіанту

,

де n1, n2 – числа обертів заготовки для першого та другого варіантів, які відповідно дорівнюють

і .

При однаковій стійкості швидкості різання для першого та другого режимів залежать від глибини різання та подачі

, (16.1)

. (16.2)

Формула (9.2) відрізняється від формули (16.1) наявністю в знаменнику коефіцієнту , який більше одиниці. Наприклад, при обточуванні заготовки із сталі різцем із твердого сплаву Т15К6, коли xv = 0,15; yv = 0,35, зазначений коефіцієнт дорівнює 1,14. Тому V1 > V2, а n1 > n2. По цій причині основний час при обробленні за першим варіантом менший, чим за другим. Крім того, при обробленні за другим варіантом необхідний додатковий час для повернення різця в початкове положення перед виконанням другого проходу. Таким чином, перший варіант режиму є більш продуктивним, аніж другий. Отже, глибину різання збільшувати доцільніше, чим подачу.

З’ясуємо далі, що більш доцільніше збільшувати в першу чергу: подачу чи швидкість різання. Для цього продуктивність оброблення охарактеризуємо кількістю деталей Q, які оброблюються за період стійкості T інструмента. Без урахування часу холостих ходів

, шт.

З урахуванням ,а також , будемо мати

.

Для конкретних умов оброблення дріб є постійною величиною, яку можна позначити через C.

Тоді

Q = CVs, (16.3)

звідки виходить, що найбільшому добутку Vs відповідає найбільше значення продуктивності.

При постійному значенні періоду стійкості швидкість різання і подача пов’язані залежністю

. (16.4)

Виразимо кількість оброблених деталей за період стійкості тільки через подачу, вважаючи глибину різання постійною. Для цього позначимо . Тоді із формули (16.4), з урахуванням введеного позначення, швидкість різання буде дорівнювати

. (16.5)

Після підстановки (9.5) в (9.3) будемо мати

. (16.6)

Із формули (16.6) слідує, що із збільшенням подачі кількість деталей Q збільшується. Наприклад, якщо yv = 0,35, а подача буде збільшена в два рази, то кількість деталей збільшиться в 20,65 = 1,6 разу.

Виразимо кількість оброблених за період стійкості деталей тільки через s.

Для цього вирішимо вираз (16.5) відносно подачі

. (16.7)

Після підстановки (9.7) в (9.3), будемо мати

. (16.8)

Із (16.8) видно, що при збільшенні швидкості різання кількість оброблених деталей при однаковому періоді стійкості зменшується.

Базуючись на наведених розрахунках, можна сформулювати основні положення, які необхідно дотримуватись при призначенні раціональних режимів різання. Для підвищення продуктивності оброблення при заданому періоді стійкості інструменту необхідно працювати з найбільшою площею перетину зрізуваного шару t s і відповідно цьому перерізу швидкістю різання. При вибраній площі перетину зрізуваного шару необхідно збільшувати глибину різання за рахунок зменшення подачі.

Таким чином, при призначенні режиму різання:

– задаються максимально можливою технологічно допустимою глибиною різання;

– по вибраній глибині різання призначають максимальну технологічно допустиму подачу;

– по вибраній глибині різання та подачі, задавшись необхідним періодом стійкості інструменту визначають допустиму швидкість різання.

16.2 Методика аналітичного розрахунку режимів різання

16.2.1 Вхідні дані при розрахунку режимів різання

Дані про деталь:

• назва деталі та її креслення;
• марка оброблюваного матеріалу та його фізико-механічні властивості;
• точність оброблення поверхонь;
• параметри шорсткості оброблених поверхонь.

Дані про заготовку:

• спосіб виготовлення заготовки;
• стан поверхні;
• маса;
• припуск на оброблення поверхонь.

Дані про верстат:

• модель верстата;
• паспортні дані верстата: ряд частот обертів шпинделя, ряд подач (діапазон подач верстата з ЧПК), сили, які допустимі механізмом поздовжньої подачі, механізмом поперечної подачі, потужністю приводу головного руху і таке інше.

Дані про операцію – спосіб базування деталі та сутність операції.

16.2.2 Призначення глибини різання

Максимально можлива глибина різання дорівнює припуску, який оставлений на оброблення. Якщо обмежень по точності оброблення немає, то весь припуск зрізають за один прохід. В протилежному випадку припуск розбивають на чорнові та чистові проходи. При цьому глибина різання чорнових проходів повинна бути максимально великою, а на чистовий прохід слід залишати такий мінімальний припуск, який забезпечить виготовлення деталі з заданим допуском.

16.2.3 Вибір інструмента

Інструмент для оброблення вибирають в залежності від виду токарного оброблення: зовнішнього точіння, розточування, підрізки торця, відрізки деталі.

Марку інструментального матеріалу вибирають у залежності від роду оброблюваного матеріалу, виду та характеру оброблення. Доцільно вибирати найбільш теплостійкі та зносостійкі матеріали, що рекомендуються для заданих умов оброблення. При виборі конструкції та типу різця перевагу варто віддавати різцям із механічним кріпленням різальних пластинок. Розміри державки різця повинні бути такими, щоб розмір різця по висоті до вершини дорівнював відстані від опорної поверхні різцетримача до осі центрів верстата.

Для нормальної роботи різця необхідно дотримуватися умови

,

де lрк – довжина головної різальної кромки різця;

– головний кут у плані;

t – глибина різання.

16.2.4 Вибір величини подачі

При обраній глибині різання t максимальний розмір подачі s, мм/об, обмежують наступні фактори:

– міцність і жорсткість державки різця;

– точність оброблюваної деталі;

– міцність слабких ланок механізмів подач верстата;

– міцність твердосплавної пластинки;

– шорсткість обробленої поверхні (при напівчистовому та чистовому точінні).

Подачу, яка обмежена міцністю державки, визначають по припустимій складовій силі різання [Pz], яка обмежена міцністю державки на згин, виходячи з розрахункової схеми, у якій різець розглядається як консольна балка, що жорстко затиснена одним кінцем (рис. 16.2)

Рисунок 16.2 – Схема до розрахунку різця на міцність

, Н, (16.9)

де []зг – допустима величина нормальних напружень на згин для матеріалу державки різця, МПа;

B, H – відповідно ширина та висота державки різця, мм;

l – виліт різця, мм.

Величина подачі, яка обмежена міцністю державки, знаходиться з використанням формул для розрахунку складової сили різання Pz та швидкості різання:

Pz = 10Cpz txpzsypzVnzKpz, Н; (16.10)

. (16.11)

Після підстановки (16.11) в (16.10) та вирішення відносно подачі, з урахуванням того, що Pz = [Pz], будемо мати

. (16.12)

Подачу, яка обмежена точністю оброблення, визначають аналогічно описаному вище по припустимій складовій сили різання [Py], виходячи з максимально припустимої стріли прогину деталі або складової силі різання [Pz]1 яка викликає пружний прогин державки різця:

. (16.13)

Припустиму величину складової сили різання [Py] визначають за допомогою формул:

– коли деталь установлена в центрах;

– коли один кінець деталі закріплений в патроні, а інший підтиснутий центром задньої бабки;

– коли деталь закріплена в патроні.

Тут lд – довжина деталі, мм;

E – модуль пружності оброблюваного матеріалу, МПа;

J – момент інерції поперечного перерізу деталі, мм4;

f – стріла прогину деталі, яка допустима точністю оброблення, мм.

Припустиму величину складової сили різання [Pz]1 знайдемо по допустимій величині пружного прогину різця

,

де Eі – модуль пружності матеріалу різця, МПа;

lі – виліт різця, мм;

Jі – момент інерції поперечного перерізу державки різця, мм4.

Тоді припустима подача, яка обмежена точністю оброблення внаслідок пружного прогину державки різця,

. (16.14)

Подачу, яка обмежена міцністю механізму поздовжньої подачі, визначають по припустимій величині складової сили різання [Px], що відома із паспортних даних верстата

. (16.15)

Подачі, які обмежені шорсткістю обробленої поверхні та міцністю твердосплавної пластинки, призначають згідно рекомендацій, що наведені в технічній літературі.

Найменша із знайдених подач є технологічною, тому що вона задовольняє всім обмеженням на параметри режиму оброблення, які накладаються вимогами до деталі, інструментом і верстатом.

Верстатна подача вибирається із паспортного ряду подач верстата та приймається найближчою меншою відносно технологічної подачі.

Необхідно звернути увагу на призначення періоду стійкості в наведених формулах (16.11) – (16.15).

При обробленні одним інструментом приймається економічний період стійкості (для точіння T = 60хв). При використанні налагоджень із Z інструментами економічний період стійкості можна розрахувати за формулою

.

При обробленні на верстатах-автоматах і автоматичних лініях необхідно використовувати значення розмірної стійкості.

16.2.5 Вибір швидкості різання

Швидкість різання розраховується за формулою (9.11) з умов максимального використання різальних властивостей матеріалу інструмента з урахуванням його економічної стійкості, значення якої наведене в довідниках, призначеної глибини різання та верстатної подачі.

16.2.6 Вибір частоти обертання шпинделя

По розрахованій швидкості різання визначають частоту обертання шпинделя та погоджують її з паспортними даними верстата, приймаючи найближчу меншу до розрахункової в ряді частот обертання.

16.2.7 Перевірка знайдених режимів по потужності верстата

Після знаходження режимів оброблення розраховують потужність різання Nр

, кВт

Для виконання різання необхідно, щоб потужність верстата Nвер перебільшувала потужність, яка необхідна для виконання процесу різання, тобто

Nвер > Nр,

а також, щоб подвійний крутний момент на знайденому діапазоні частоти обертання шпинделя 2Mвер перевищував або дорівнював подвійному крутному моментові при різанні 2Mр.

16.2.8 Розрахунок основного технологічного (машинного) часу

Розрахунок машинного часу tм, хв, необхідно виконувати після остаточного вибору елементів режиму різання:

,

де L1 – розрахункова довжина оброблення, мм;

n – частота обертання деталі, об/хв;

S – величина подачі, мм/об;

i – число робочих ходів (проходів).

Розрахункова довжина оброблення

L1 = l' + l1 + l2,

де l' – довжина оброблюваної поверхні, мм;

l1 – шлях врізання різця, ;

l2 – перебіг інструмента, мм.

16.3 Нормативи для вибору режимів різання

Загальномашинобудівні нормативи режимів різання вміщують розрахункові дані з обґрунтованого вибору всіх елементів режиму різання, які входять в формули для розрахунку основного часу. Вони призначені для розрахунків режимів різання і створення керуючих програм по спроектованому або діючому технологічному процесі при ручному програмуванні та при створенні програми за допомогою ЕОМ. Нормативами охоплене оброблення деталей із різних матеріалів на універсальних і багатоцільових верстатах ЧПК як при чорновому, так і чистовому обробленні.

Використовують нормативи режимів різання на стадії розробки операційного технологічного процесу. Вони дозволяють згідно методичних вказівок, наведених в нормативах, із відповідних карт і додатків визначити:

• конструкцію і матеріал різальної частини інструмента;
• необхідні стадії оброблення;
• глибину різання для кожної стадії оброблення;
• подачу для кожної стадії оброблення;
• швидкість різання для кожної стадії оброблення;
• потужність, яка необхідна для різання;
• час автоматичної роботи верстата по програмі.

16.4 Особливості призначення режимів різання

для сучасних верстатів із ЧПК

Особливістю оброблення на верстатах з ЧПК є контурне оброблення фасонних поверхонь. При їх обробленні необхідно використовувати поправочний коефіцієнт на подачу , який забезпечує зберігання однакової точності оброблення на всіх ділянках фасонної поверхні.

Фасонна поверхня характеризується кутом між дотичною в кожній точці оброблюваного профілю і віссю центрів верстата . Для конічної поверхні цей кут співпадає з кутом нахилу її твірної. За позитивний напрямок відрахування кута прийнятий напрямок проти годинникової стрілки. Зміна кута в різних точках оброблюваного профілю деталі призводить до зміни кінематичного кута в плані к:

к = – ,

де – статичний кут в плані різця, град.

Кут необхідно брати з урахуванням його знаку “+” або “”(рис. 16.3).

Рисунок 16.3 – Визначення кута для сфери

Кут нахилу дотичної знаходиться за формулою

= 90 ,

де – полярна координата опорної точки сфери, яка характеризує початок або кінець ділянки оброблення.

Для збереження однакової точності оброблення по всій фасонній поверхні рекомендується розбивати її на окремі ділянки з шагом полярної координати = 5 – 10. На кожній ділянці в відповідності до коефіцієнту призначається своя подача і він програмується окремим кадром управляючої програми.

МЕТОДИКИ ПРИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ ЛЕЗОВИМ ІНСТРУМЕНТОМ