АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ

Подача оказывает значительное влияние на силы и температуру резания, износ режущего инструмента, шероховатость обработанной поверхности, величину деформаций детали и резца [1–8, 10–13].

Для достижения наибольшей производительности должна быть выбрана и наибольшая подача. Однако величина подачи может ограничиваться вышеуказанными факторами.

Следовательно, для того чтобы установить величину подачи, обеспечивающей наибольшую производительность, нужно рассчитать предельные величины подач, допускаемых каждым из этих факторов, и выбрать из них наименьшую. Эта подача обеспечит одновременно наибольшую производительность и выполнение всех технологических требований. Такая подача называется наибольшей технологически допустимой подачей s₀.

В соответствии с изложенным величина подачи рассчитывается по следующим ограничивающим факторам:

- заданной шероховатости обработанной поверхности;

- прочности пластинки твердого сплава или минералокерамики;

- прочности механизма подачи станка;

- жесткости детали с учетом способа крепления;

- прочности державки резца;

- жесткости державки резца в связи с требуемой точностью обработки.

1. Определение подачи по заданной шероховатости обработанной поверхности ( ).

Подача выбирается по таблицам или номограммам с учетом тре­бований к шероховатости обработанной поверхности, радиуса при вершине резца r, марки обрабатываемого материала, жесткости технологической системы.

2. Определение подачи по прочности пластинки твердого сплава илиминералокерамики (s₂).

Подача, допускаемая прочностью пластинки, выбирается по таблицам с учетом толщины пластинки, глубины резания, прочности обрабатываемого материала и главного угла в плане φ.

3. Расчет подачи по прочности механизма подачи станка (s₃).

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи станка, сравнивается с осевой составляющей силы резания Р_х.

.                                        (3.1)

 – задано в паспортных данных станка;

,                          (3.2)

где С_р – коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала и геометрии резца на силу резания Р_х.

х_р, у_р, п_р – показатели степени, характеризующие влияние t, s и V на величину осевой силы Р_х;

– поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемого материала.

В уравнение (4.2) вводится поправочный коэффициент К

,                      (3.3)

где  – поправочный коэффициент, учитывающий главный угол в плане φ;

 – поправочный коэффициент, учитывающий передний угол γ;

 – поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона главной режущей кромки λ;

 – поправочный коэффициент, учитывающий радиус при вершине резца r;

– поправочный коэффициент, учитывающий износ инструмента по задней поверхности h_з.

Подставив формулу (3.2) в выражение (3.1) и решив это уравнение относительно подачи, получим

, мм/об.                        (3.4)

При решении уравнения (3.4) следует иметь в виду, что скорость резания пока еще не известна, поэтому предварительно ее величину можно принять 70–100 м/мин. при обработке твердосплавным инструментом углеродистых, легированных, нержавеющих и жаропрочных сталей с σ_в = 500–1000 МПа; при обработке жаропрочных и титановых сплавов  V= 30–50 м/мин.; алюминиевых и медных сплавов V=300–400 м/мин.

4. Расчет подачи по жесткости с учетом способа крепления.

В процессе обработки под действием сил резания обрабатываемая деталь деформируется. Это приводит к изменению взаимного расположения детали и вершины резца, определяющего геометрическую форму и размеры обработанной поверхности.

Деталь изгибает сила Q (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема закрепления детали

, часто , тогда .   (3.5)

Стрела прогиба детали f под действием силы Q рассчитывается по уравнению

,                                 (3.6)

где f – стрела прогиба детали, мм;

l – длина детали, мм;

μ– коэффициент, учитывающий способ закрепления заготовки;

Е – модуль упругости материала детали, МПа;

I – момент инерции поперечного сечения детали;

,                                      (3.7)

где D – диаметр детали (при обработке в центрах, в патроне с задним центром) или заготовки (при работе в патроне), мм.

Когда деталь закреплена в патроне,μ = 3; при установке детали в центрах μ = 70; когда один конец детали зажат в патроне, а второй поджат задним центром, μ = 130.

Модуль упругости материала детали Е выбирается по табл. 3.1

Таблица 3.1

Допустимая стрела прогиба детали f = 0,2–0,4 мм при черновой обработке. При получистовой обработке f = 0,1 мм. При чистовой обработке f не должна превышать 0,2 поля допуска, соответствующего данной операции.

Тангенциальную силу резания Р_z можно рассчитать по формуле

.                         (3.8)

Подставив формулу (3.5) и (3.7) в выражение (3.6) и решив это уравнение относительно подачи, получаем

, мм/об.        (3.9)

5. Расчет подачи по прочности державки резца (рис. 3.2).

Резец можно считать балкой, защемленной одним концом и нагруженной на другом тремя силами: , , , создающими сложное напряженно-деформированное состояние в державке резца. Однако, как показывает анализ, с достаточной для практики точностью прочность резца может быть рассчитана по силе .

Рис. 3.2. Схема закрепления резца

, а ,                    (3.10)

где – момент сопротивления;

l – вылет резца;

 – допускаемое напряжение на изгиб.

Для прямоугольного сечения

;                                  (3.11)

для круглого сечения

;                                      (3.12)

; , откуда

, мм/об.                  (3.13)

6. Расчет подачи по жесткости державки резца(рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема установки резца

Под действием сил резания держав-ка резца деформируется, и в результате отклонения вершины резца от перво-начального положения возникают пог-решности.

Допустимая стрела прогиба  при черновом точении равна      0,1 мм, при получистовом и чистовом точении =0,03–0,05 мм; момент инерции для круглого сечения , для квадратного , отсюда

, мм/об.,             (3.14)

где Е – модуль упругости материала державки резца.

Из найденных значений подачи по ограничивающим факторам выбираем наименьшее. Эту подачу сравниваем с рядом подач, имею­щихся у данного станка, и выбираем ближайшую меньшую. Это и бу­дет наибольшая технологически допустимая подача s₀ .

Расчет стойкости инструмента

Определим экономический период стойкости инструмента Т_э, соответствующий наименьшей себестоимости механической обработки [5, 8]

, мин.,                     (3.15)

где m – показатель относительной стойкости;

– время на смену затупившегося инструмента и его подналадку за период стойкости, мин.;

с – стоимость эксплуатации инструмента за период его стойкости, руб.;

Е – стоимость станко-минуты, руб.;

,                          (3.16)

где  – минутная заработная плата рабочего с начислениями, руб.;

 – затраты, связанные с эксплуатацией станка в течение 1 мин. его работы, руб.

Расчет скорости резания

Скорость резания рассчитывается из условия полного исполь­зования режущих свойств инструмента и полного использования мощности станка.

1. Расчет скорости резания из условия полного использования режущих свойств инструмента.

Выбрав глубину резания t, подачу s, период стойкости инструмента Т_э, скорость резания можно рассчитать по формуле

, м/мин;                         (3.17)

где С_V – коэффициент, характеризующей условия обработки, для которых разрабатывались нормативные материалы;

K_V – обобщенней поправочный коэффициент, учитывающий влия­ние измененных условий резания на величину скорости резания;

х_V, у_V – показатели степени, характеризующие влияние t и s на скорость резания.

Скорость резания можно определить по формуле

, м/мин.                              (3.18)

Подставив выражение (3.18) в уравнение (3.17) и решив это уравнение относительно подачи, получим

;                          (3.19)

, мм/об.              (3.20)

По уравнению (3.20) для каждого числа оборотов шпинделя может быть найдена такая подача , при которой режущие свойства резца будут использованы полностью, т.е. будет обеспечиваться выбранный период стойкости инструмента Т_э.

2. Расчет скорости резания из условия полного использования мощности станка.

Мощность на шпинделе станка N_шп должна равняться мощности процесса резания N_рез.

, кВт,                 (3.21)

где  – мощность двигателя станка, кВт;

η – КПД станка;

К_п – коэффициент перегрузки станка.

, кВт,                  (3.22)

где Р_z – тангенциальная составляющая силы резания, Н.

, кВт.                (3.23)

Скорость резания можно определить по формуле

, м/мин.                              (3.24)

Мы поможем в написании ваших работ!