АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ - Расчет оптимального режима резания

3.1 Глубина резания - определяется из условия обработки: припуска, точности и шероховатости.

Припуск на обработку определяется по формуле:

Где D - диаметр заготовки,

D - диаметр детали.

В

Ычислим снимаемый слой с заготовки по формуле:

Точность и шероховатость задано условием задания:

RZ 80 = 80...50 Мкм. => относится 3Му классу шероховатости. Считается грубый класс - проведем обработку за один проход.

Так как припуск на обработку целесообразно удалять за наименьшее число проходов, то в данном случае припуск (как и предполагали) удалим за один проход; I = 1.

I - количество проходов; T - глубина срезаемого слоя.

Так как I = 1 то T = H = 3,25 Мм.

3.2 Выбор подачи

Для большей производительности подача должна быть по возможности максимальной, на нее наложены технические ограничения - это ограничения по резцу (по прочности державки, ее жесткость, прочность твердосплавной пластины, стойкость резца); ограничения по станку (по мощности и прочности станка); ограничения по детали (по жесткости, точности и шероховатости самой детали)

Рассчитаем максимальную допустимую подачу по всем ограничениям, результирующая (технологическая) подача должна удовлетворять всем ограничениям сразу, то есть должна быть минимум из рассчитанных.

3.2.1 Подача, допустимая прочностью державки резца, S п. р.

Эту подачу определяют, рассматривая резец как консольную балку, изгибаемую силой РZ.

12

Рисунок 6. Резец в работе и действующая сила РZ.

Сила РZ изгибает резец с моментом МИзг.:

МИзг.= РZ Ч l, Кг./мм.

Где L - вылет резца в Мм. находим из формулы L = 1,5 Ч Н = 37,5Мм.

Мизг. не должен превышать величины, допустимой прочности державки резца:

Мизг. ? [уи] Ч щ

Где [И] допускаемое напряжение на изгиб материала державки резца, Кгс/мм2; Для незакаленной углеродистой стали с В = 60...75 Кгс/мм2 ; [И] = 20 Кгс/мм2.

Щ - момент сопротивления сечения державки резца, Мм2;

Где В - ширина державки резца, Мм;

Н - высота державки резца, Мм:

Как предельный случай можно принять, что

Мизг. = [уи] Ч щ,

То есть

,

Или

,

Откуда

, Мм./об.

Зададимся всеми необходимыми для расчета коэффициентами:

PZ = CpZ Ч tXpz Ч SУpz Ч KpZ

KpZ = KMpz Ч KЦpz Ч KГpz Ч KVpz Ч KHpz Ч KRpz

Где СрZ - Постоянный коэффициент для данных условий обработки (обрабатываемого из инструментального материала, геометрия инструмента и других факторов);

KpZ - поправочный коэффициент на измененные условия резания.

Для легированной углеродистой стали, наружного точения, твердого сплава, для силы PZ: CpZ = 214, XpZ = 1,0, УpZ = 0,75

Поправочные коэффициенты:

KMpZ - поправочный коэффициент на обрабатываемый материал:

Kцpz - поправочный коэффициент на главный угол в плане ц = 45о

KЦp = 1,0

Kгpz - поправочный коэффициент на передний угол г = 12о

KГp = 1,0

KVpZ - поправочный коэффициент на скорость резания, при неизвестной V выбираем из предположения, что для чернового точения скорость V < 100 М./Мин .

KVp = 1ч0,89, KVp = 0,9

KHpZ - поправочный коэффициент на износ по задней поверхности

H3 = 1,0мм., KHpz = 1,0

KRpZ - поправочный коэффициент на радиус при вершине

KRp = 0,93

Подставляем в формулу:

KpZ = 1,086 Ч 1,0 Ч 1,0 Ч 0,9 Ч 1,0 Ч 0,93 = 0,909

3.2.2 Подача, допустимая жесткостью державки резца, Sж. р.

Под действием силы PZ вершина резца прогибается на величинуF

, Мм.

Где Е - модуль упругости материала державки резца, Кг./мм2.

Для углеродистой конструкционной стали Е = 20 Ч 103 Кг./мм2;

J - момент инерции державки резца, Мм4,

Рисунок 7. Действующая сила РZ и прогиб f.

Или

Откуда

, Мм./об.

При черновой обработке допустимая величина прогиба вершины резца FДоп. = 0,1.

Подача, допустимая прочностью твердосплавной пластинки, SN.

Экспериментальными исследованиями установлено, что максимальная нагрузка на пластинку твердого сплава не должна превышать величины, определяемой по следующей эмпирической формуле:

Где С - толщина пластинки, Мм., С = 6 мм. (C = S из п. 2.12.); ц - Главный угол в плане, Град, Ц = 45О

Учитывая, что

PZ = CpZ Ч tXpz Ч SУpz Ч KpZ,

Получаем:

Если подачи SN.р,. SЖ.N., SN. окажутся меньше, чем подачи, подсчитанные по другим технологическим ограничениям, то перед тем, как остановится на меньшей из них, нужно попытаться изыскать возможность ее увеличения, например, путем увеличения сечения державки резца, или уменьшения его вылета, или применения более толстой пластинки твердого сплава.

3.2.4 Подача, допустимая прочностью механизма подач станка Sм. n.

Рисунок 8. Движение суппорта и действующие силы

Механизм подачи станка (рейка 1 и шестерня 2 Рис.8) должен преодолевать силу R, которая состоит из суммы осевой силы РХ и силы трения супорта о направляющие:

R = PX + м(PZ + PY);

Где м - коэффициент трения, равный 0,1.

Принимая ориентировочно РХ = 0,25 РZ и РУ = 0,4 РZ, имеем округленно R = 0,39 РZ , принимаем R ? 0,4 РZ . Следовательно, сила R не должна превышать наибольшего усилия, допускаемого прочностью механизма подач станка - QМ. п. :

R ? Qм. п.

Или

0,4PZ = QМ. п. ,

Или

Отсюда

Значение Q возьмем из паспорта станка Q = 308 Кг. (продольное усилие).

3.2.5 Подача, допустимая жесткостью изделия, Sж. д.

В процессе обработки деталь под действием сил резания R1 претерпевает упругие деформации. В зависимости от способа закрепления на станке она получает коническую или бочкообразную форму детали.

, Мм./об.

Где А коэффициент, зависящий от метода закрепления детали на станке; При обработке детали в патроне с поджимом задним центром А = 110.

Е = 20Ч103 кг./мм2.; FДоп. = 0,1. D = 158,5 мм. (обраб. поверхн.)

L = 310 мм. (длинна заготовки).

3.2.6 Подача допустимая шероховатостью поверхности, Sш.

При продольном точении подача в зависимости от требуемого класса шероховатости обработанной поверхности может быть определена по эмпирической формуле:

Где СН - коэффициент, характеризующий условия обработки;

RZ - высота шероховатости поверхности, мкм. RZ = 80, так как нормируем черновой проход;

R - радиус при вершине резца, Мм., R = 1,0 Мм.

Ц и Ц1 - главный и вспомогательный углы в плане, Град.

Ц = 45є, Ц1 = 10є

Обрабатываемый

Материал

СН

У

U

Х

Z

Z1

Сталь и стальное

Литье

0,32

0,8

0,5

0,3

0,35

0,33

3.2.7 Подача, допустимая мощностью на шпинделе станка, Sм. с.

Эффективная мощность, затрачиваемая на резание:

Она не должна превышать мощность на шпинделе станка NШ.

NШ. - приводится в паспорте станка для каждой ступени частоты вращения шпинделя станка:

Или

Или

Откуда

NШ. = 4,5, N = 1200.

NШ. = 4,8, N = 955.

NШ. = 4,9, N = 765.

NШ. = 5,2, N = 607.

NШ. = 5,3, N = 462.

NШ. = 5,7, N = 367.

NШ. = 5,3, N = 600.

NШ. = 5,4, N = 480.

NШ. = 5,8, N = 380.

NШ. = 6,0, N = 300.

NШ. = 5,6, N = 230.

NШ. = 5,6, N = 184.

NШ. = 5,6, N = 150.

NШ. = 5,6, N = 120.

NШ. = 5,6, N = 96.

NШ. = 5,6, N = 76.

NШ. = 5,6, N = 58.

NШ. = 5,6, N = 46.

NШ. = 5,6, N = 38.

NШ. = 5,6, N = 30.

NШ. = 5,6, N = 24.

NШ. = 5,6, N = 19.

NШ. = 5,6, N = 16.

NШ. = 5,6, N = 12.

3.2.8 Подача, допустимая стойкостью резца, Sс. р..

В общем случае скорость резания, допускаемая инструментом:

Учитывая, что

Получаем

Отсюда

Где D - диаметр заготовки, D = 165 Мм.;

KV - поправочный коэффициент на скорость резания для измененых условий работы;

Т - наивыгоднейший (заданный) период стойкости инструмента, Т = 60 мин.

Для стали легированной углеродистой, наружного продольного точения, Ц1 = 10є; СV = 227; XV = 0,15; УV = 0,35; M = 0,2 .

Поправочные коэффициенты:

КЦV - поправочный коэффициент на главный угол в плане Ц = 45є:

КЦv = 1,0;

КФV - поправочный коэффициент на форму передней поверхности (с отрицательной фаской):

КФv = 1,0;

КRV - поправочный коэффициент на радиус при вершине, R = 1,0:

KRv = 1,0;

КGv - поправочный коэффициент на сечение державки, НЧВ = 25Ч20:

KGv = 1,0;

КUV - поправочный коэффициент на марку твердого сплава, Т15К6:

KUv = 1,54;

КПов.V - поправочный коэффициент на состояние поверхности заготовки, без корки:

KПов. v = 1,0;

КМV - поправочный коэффициент на механические свойства и группу обрабатываемого материала, Сталь 40ХС (УВ = 88Кгс./мм2):

КОб.V - поправочный коэффициент на вид обработки при точении, (наружное продольное точение):

KОб. v = 1,0;

KV = KЦvЧKФvЧKRvЧKGvЧKUvЧKПов. vЧKMvЧKОб. v

KV = 1,0Ч1,0Ч1,0Ч1,0Ч1,54Ч1,0Ч0,85Ч1,0 = 1,31

N = 600

N = 480

N = 380

N = 300

N = 230

N = 184

N = 150

N = 120

N = 96

N = 76

N = 58

N = 46

В качестве технологической подачи SТех. на каждой ступени чисел оборотов берется наименьшая из расчетных.

Она корректируется по станку (Sтех. ф.). Принимается ближайшая меньшая или ближайшая большая из имеющихся на станке. После этого сравнивается характеристика производительности на каждой из ступеней чисел оборотов по произведению SТех.Ф.Ч N Мм./Мин.

Наивыгоднейшей ступенью считается та, где произведение SТех.Ф.ЧN наибольшее и где, следовательно, при заданной стойкости инструмента и технических условиях на деталь можно достигнуть максимальной производительности (наименьшее основное время TO)

Расчет основного времени TO:

Где LP.X. - длина рабочего хода, Мм. ;

LОбр. - длина обработки, Мм; LОбр. = 225 Мм.

L1 - длина врезки, Мм. ;

L2 - длина пробега, Мм. ;

L1 = tЧTgЦ ; L1 = 3,25 Мм.

L2 ? 1 ч 2 Мм. , принимаем L2 = 1,5 Мм.

LP.X. = 225 + 3,25 + 1,5 = 229,75

Анализ результатов расчета подач показывает, что наивыгоднейшей ступенью для заданных условий точения является 30Я передача подачи и на 9Ой передачи вращения шпинделя (П = 76 Об./мин.): на этой ступени получается наибольшая производительность и наименьшее основное время T0.

Для выбранной ступени чисел оборотов определяем действительную скорость резания:

Наивыгоднейший режим резания:

Глубина -T = 3,25 Мм.;

Подача - S = 1,56 Мм./об.;

Число оборотов - П = 76 Об./мин.;

Скорость резания - V = 39,38 М./мин.;

Основное время - T = 1,94 Мин.

Результаты расчета максимально допустимых подач

-

-

1,94

2,08

2,39

2,55

2,77

2,85

3,06

3,36

3,99

4,67

Sтех. ф. - п

-

-

118,6

110,4

96,0

90,0

82,8

80,5

75,0

68,4

57,6

49,2

Фактическая подача по станку SТех. ф.

-

-

1,56

1,15

0,80

0,60

0,45

0,35

0,25

0,18

0,12

0,082

Технологическая наименьшая расчетная подача SТех.

2,992

2,196

1,532

1,122

0,833

0,619

0,471

0,35

0,269

0,188

0,125

0,091

Подача допустимая

Стойкостью

Резца SC. p.

78,76

40,62

18,76

9,626

5,088

2,689

1,50

0,793

0,371

0,189

0,097

0,051

Мощностью станка SМ. c.

2,992

2,196

1,532

1,122

0,833

0,619

0,471

0,35

0,269

0,188

0,125

0,091

Чистотой обработки SШ.

0,923 мм./об.

Жесткостью изделия SЖ. д.

2327,5 Мм./об.

Прочностью механизма

Подач SМ. п.

1,3 мм./об.

Прочностью твердосплавной

Пластины SП. п.

2,127 мм./об.

Жесткостью державки резца SЖ. р.

7,843 мм./об.

Прочностью державки резца SN. p.

2,121 мм./об.

Мощность на шпинделе станка N, кВт.

5,6

5,6

5,6

5,6

5,6

5,6

5,6

5,6

6,0

5,8

5,4

5,3

Число оборотов n, Об./мин.

46

58

76

96

120

150

184

230

300

380

480

600

№ Ступени

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Похожие статьи




АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАИВЫГОДНЕЙШЕГО РЕЖИМА РЕЗАНИЯ - Расчет оптимального режима резания

Предыдущая | Следующая