Проектирование проходных резцов

Km_Pz = (σ_в/75)^0,35 = (50/75)^0,35 = 0,87;

Kj_Pz  - поправочный коэффициент на P_Z в зависимости от главного угла в плане. При j = 45, Kj_Pz = 1;

Kg_Pz - поправочный коэффициент на P_Z в зависимости от переднего угла. Kg_Pz = 1;

Kv_Pz - поправочный коэффициент на P_Z в зависимости от скорости резания. Предположим, что скорость резания будет в пределах 50 - 100 ^м/_мин, тогда Kv_Pz = 0,9;

Kh_Pz - поправочный коэффициент на P_Z в зависимости от износа резца. принимаем износ резца по задней поверхности h₃ = 0,6 мм, тогда Kh_Pz = 1;

Kr_Pz - поправочный коэффициент на P_Z в зависимости от радиуса при вершине лезвия резца.; Kr_Pz=0,93

K_Pz = 0,87·1·1·0,9·1*0,93= 0,728.

Подача допустимая прочностью державки резца при первом проходе t=1мм

1.4.2 Подача, допустимая  жесткостью державки

            Подача, допустимая жесткостью державки  резца определяется по формуле:

 

                                     (2)

где, f - допустимая величина прогиба вершины резца f=0,1 мм

E - модуль упругости материала, ^кгс/_мм²; E = 20000.

Подставим значения в формулу (2):

 

 

1.4.3 Подача, допустимая  прочностью твердосплавной пластинки

Подача, допустимая прочностью твердосплавной пластинки определяется по формуле:

      (3)

где C -  толщина пластинки, мм; C = 3,5;

        j - главный угол в плане, град; j = 45⁰.

Вышеприведенные значения подставляем в формулу (3):

1.4.4Подача, допустимая  прочностью механизма подач станка

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4. Движение суппорта и действующие силы

 Подача, допустимая прочностью механизма подач станка определяется по формуле:

    (4)

где Q_м.п - наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи, кГ; Q_м.п =400кг.

Подставим значения в формулу (4):

1.4.5 Подача, допустимая  жесткостью изделия

Подача, допустимая жесткостью изделия определяется по формуле:

, мм./об.      (5)

где L - длина детали, мм; L = 270;

       E - модуль упругости материала державки резца, для стали E = 20000 ^кгс/_мм²;

       D - диаметр детали, мм; D = 125;

       A - коэффициент, зависящий от метода закрепления детали на стан      ке; при обработке в патроне A = 48;

       f_доп - прогиб детали, мм; f_доп = 0,1

Вышеприведенные значения подставляем  в формулу (5):

1.4.6 Подача, допустимая  классом чистоты обработки

Подача, допустимая классом  чистоты  обработки определяется по формуле:

    (6)

где С_Н – коэффициент, характеризующий условия обработки, так как нормируем черновой проход;;

R_Z – высота шероховатости поверхности, мкм. R_Z = 40;

r – радиус при вершине резца, мм., r = 1 мм.

φ и φ₁ – главный и вспомогательный углы в плане, град.

φ = 45º, φ₁ = 15º

 

 

Обрабатываемый материал	СН	У	u	Х	Z	Z1
Сталь и стальное литьё	0,32	0,8	0,5	0,3	0,35	0,33

 

Полученные значения подставим  в формулу (6):

1.4.7 Подача, допустимая  мощностью станка

Подача, допустимая мощностью станка определяется по формуле (7):

    (7)

где N_шп - мощность на шпинделе станка, кВт;

n - число оборотов, ^об/_мин;

Считается для каждой ступени частоты  вращения шпинделя станка:

S_{М.С 1} = 8,05^мм/_об;    S_{М.С 8}= 0,29^мм/_об;

S_{М.С 2} = 4,97 ^мм/_об;    S_{М.С 9} = 0,181^мм/_об;

S_{М.С 3} = 3,116^мм/_об;    S_{М.С 10} = 0,112^мм/_об;

S_{М.С 4} = 1,923^мм/_об;    S_{М.С 11} =0,066 ^мм/_об;

S_{М.С 5} = 1,22^мм/_об;    S_{М.С 12} = 0,04 ^мм/_об;

S_{М.С 6} = 0,743^мм/_об;    S_{М.С 13}= 0,022 ^мм/_об;

S_{М.С 7}= 0,469^мм/_об;    S_{М.С 14} = 0,012 ^мм/_об;

1.4.8 Подача, допустимая  стойкостью резца

Подача, допустимая стойкостью резца  определяется по формуле (8):

       (8)

Значение коэффициента C_V, показателей степеней X_V, Y_V, m и величину периода стойкости T резца выбираю по /3/ карте 12:

C_V = 227; X_V = 0,15; Y_V = 0,35; m = 0,2; T = 60 мин.

По этой же карте (12 /3/) нахожу поправочные коэффициенты на измененные условия обработки:

K_v = K_φv×K_фv×K_rv×K_gv×K_uv×K_пов.v×K_Mv×K_об.v  (9)

Поправочные коэффициенты:

К_φv – поправочный коэффициент на главный угол в плане φ = 45º:

К_φv = 1,0;

Kj_1V - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от                                                                                                   вспомогательного угла в плане. При точении стали, не учитывается, принимаем Kj_1V = 1;

Kф_V - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от формы передней поверхности резца, Kф_V = 0.95

Kr_V - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от радиуса при вершине резца. Для резцов, оснащенных твердым сплавом, значение коэффициента в карте отсутствует. Принимаем Kr_V = 1;

Ku_V - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от марки твердого сплава, Ku_V =1,54;

Kq_V - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от сечения державки, Kq_V = 0,93;

Kc_V, Kп_V, Kф_V - поправочный коэффициент на скорость резания, соответственно учитывающие состояние стали, состояние поверхности заготовки и наличие охлаждения, Kc_V = 0,95, Kп_V = 1, Kф_V = 1;

Kм_V - поправочный коэффициент на скорость резания в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала: Kм_V = 75/σ_в = 75/50=1,5

Подставим значения коэффициентов  в формулу (9):

Kv = 1·1·0,95·1·1,54·0,93·1·0,95·1·1,5=1,94

Подача, допустимая стойкостью резца, подсчитывается для каждой ступени  чисел оборотов станка:

При t =1мм

S_{С.Р 1} = ^мм/_об;    S _{С.Р 8}= 2,207 ^мм/_об;

S_{С.Р 2} = 808,1 ^мм/_об;    S _{С.Р 9} = 0,82 ^мм/_об;

S _{С.Р 3} = 302,47 ^мм/_об;    S _{С.Р 10} = 0,305 ^мм/_об;

S _{С.Р 4} = 111,54 ^мм/_об;   S _{С.Р 11} =0,113 ^мм/_об;

S _{С.Р 5} = 43,58 ^мм/_об;    S _{С.Р 12} = 0,042 ^мм/_об;

S _{С.Р 6} = 15,395 ^мм/_об;    S _{С.Р 13}= 0,016 ^мм/_об;

S _{С.Р 7}= 5,951 ^мм/_об;    S _{С.Р 14} = 0,006 ^мм/_об;

Результаты расчета подач  сводим в таблицу 1. В качестве технологической  подачи, т.е. максимально допустимой, принимаем наименьшую из расчетных  подач и корректируем ее по станку.

В качестве технологической  подачи S_тех. на каждой ступени чисел оборотов берётся наименьшая из расчётных.

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 S_тех.ф.× n мм./мин.

Наивыгоднейшей ступенью считается та, где произведение S_тех.ф.×n наибольшее и где, следовательно, при заданной стойкости инструмента и технических условиях на деталь можно достигнуть максимальной производительности (наименьшее основное время t_o)

Таблица 1 - Сводная таблица подач при черновом проходе

N0 ступени	Число  оборотов n, оч	Мощность на шпинделе станка Nшп, кВт	Подача S, мм/об										n*Sфакт, мм/мин	Основное время t0=L/nSфакт, мин
			Sп.р	Sж.р	Sп.п	Sж.д	Sr.о	Sм.п	Sм.с	Sс.р	Sтех	Sфакт
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14	33,5 47,5   67   95  132  190  265  375  530  750 1060 1500 2120 3000	1,6 1,58 1,57 1,55 1,53 1,52 1,5 1,48 1,47 1,45 1,38 1,35 1,21 1,08	3	25,69	1,556	2442,32	0,661	11,929	8,05 4,97 3,12 1,92 1,22 0,743 0,469 0,29 0,181 0,112 0,066 0,04 0,022 0,012	2191 808,1 302,4 111,5 43,58 15,39 5,951 2,207 0,82 0,305 0,113 0,042 0,016 0,006	0,661 0,661 0,661 0,661 0,661 0,661 0,469 0,29 0,181 0,112 0,066 0,04 0,016 0,006	0,64 0,64 064 0,64 0,64 0,64 0,4 0,28 0,175 0,125 0,07 - - -	21,44 30,4 42,88 60,8 84,48 121,6 106 105 92,75 93,75 74,2 - - -	8,63 6,08 4,31 3,04 2,19 1,52 1,74 1,76 1.99 1.973 2.5 - - -

 

Анализ таблицы показывает, что наивыгоднейшей ступенью для  заданных условий точения является 6 (n = 190 ^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 = 1 мм.;

Подача – S = 0.64 мм./об.;

Число оборотов – п = 190 об./мин.;

Скорость резания – V = 74,575 м./мин.;

Основное время – t = 1,52 мин.

 

2 Табличный метод

2.1 Определение  подач табличным способом

Глубину резания принимаем  как и в аналитическом методе 1-й 1мм.

Подача, допустимая шероховатостью поверхности. По карте 14 /3/ рекомендуется подача для Rz40 при первом проходе S = 0,45…0,6 мм/об. Принимаю S = 0,6 мм/об. Поправочный коэффициент в зависимости от предела прочности обрабатываемого материала K_Ms = 0,75, тогда Sr₀ = 0,6·0,75 = 0.45 мм/об.

Подача, допустимая прочностью державки резца. по карте 16 принимаю S = 0,81 мм/об. Поправочный коэффициент в зависимости от вылета резца K_Ls = 1. Следовательно, S_п.р = 0,81 мм/об 

Подача, допустимая прочностью пластинки твердого сплава. По карте 17 /3/ принимаю S_п.п = 2,3 мм/об.

Подача, допустимая жесткостью детали. По карте 18 /3/ принимаю S_ж.д = 0,9 мм/об. Поправочный коэффициент в зависимости от длины детали – K_Ls =9,7; от угла j - Kj_S = 1; от класса точности - K_S = 1,0. Тогда S_ж.д = 0,9·9,7·1·1 = 8,73 мм/об;

По результатам  расчетов в качестве технологической  подачи принимаю наименьшую, т.е. ограниченную шероховатостью поверхности, S = 0,45 мм/об. Корректируем выбранную подачу по станку. Принимаем фактическую подачу, имеющуюся на станке, при t=1мм S_Ф = 0,4 мм/об.

Проверка  подачи по усилию, допустимому механизмом подачи станка - Q_м.п. По карте 20 /3/ определяю силу подачи Р_Х, соответствующую для первого прохода: 32…64 кГ.

Поправочные коэффициенты на силу Р_Х в зависимости от угла g - Kg_Рz = 1; от угла l - K_lPz = 1 . По паспорту станка Q_м.п = 400 кГ. Следовательно, P_X < Q_м.п и выбранная подача удовлетворяет этому условию.

2.1.1Выбор скорости резания.

По карте 22 /3/ принимаю скорость резания V = 182 м/мин (при условии: σ_в = 50 кгс/мм²; t до 2 мм; S до 0,54 мм/об; j = 45⁰).

Поправочные коэффициенты на скорость резания в  зависимости от периода стойкости  Т - K_Tv = 1 (при Т = 60 мин); от состояния поверхности детали – K_Пv = 1, без корки; от марки твердого сплава – K_Uv = 1.

С учетом коэффициентов: V = 182·1·1·1  = 182 м/мин

По установленной скорости резания определяю число оборотов n = 1000·V/П·D об/мин, n₁ =1000*182/3,14*125= 463,69

Найденное число  оборотов корректирую по паспорту станка. Принимаю фактическое число оборотов n_ф = 530 об/мин. Находим соответствующую этому числу оборотов фактическую скорость резания:

V_ф2 = 3,14·125·530/1000 = 208м/мин.

2.1.2 Проверка выбранного  режима резания по мощности  станка. 

При t=1мм N=3,4 кВт при условии σ_в = 50 кгс/мм²; t до 2 мм; S до 0,47 мм/об; V = 208/мин). Согласно паспортным данным, мощность на шпинделе станка при работе с числом оборотов шпинделя n = 530 об./мин. Составляет 1,47кВт., то есть немного меньше потребную для резания. Следовательно, установленный режим по мощности немного затруднён в осуществлении. Для выхода из положения требуется: снизить обороты шпинделя или снизить подачу резца.

Режим осуществим при скорости 70м/мин

n₁ =1000*70/3,14*125= 178,34 об/мин

n_ф = 190 об/мин

V_ф2 = 3,14·125·190/1000= 74,575

Определим основное время:

Определим основное время: t_o = L/n·S_{макс.факт} мин. t = 185/190·0,45 = 2,16мин

2.1.3 Наивыгоднейший режим резания:

При первом проходе

Глубина резания   t = 1мм;

Подача    S = 0,45мм/об;

Число оборотов   n = 190 об/мин;

Скорость  резания   V = 74,575 м/мин;

Основное  время   t_o = 2,16 мин.

Сопоставление режимов резания, полученных разными  методами расчета, рассматривается  в таблице 2.

Таблица 2

Режим резания	Аналитический метод	Табличный метод
Глубина резания t, мм Подача S, мм/об Число оборотов n, об/мин Скорость резания V, м/мин Основное время t0, мин	1 0,64 190 74,575 1,52	1 0,45 190 74,575 2,16

 

Вывод: По результатам двух расчётов, аналитического и табличного, и после сведения их в сравнительную таблицу, можно сделать вывод, что:

Табличный метод имеет  расхождения с аналитическим  и даёт погрешности, так как при  подборе подач по таблицам, мы принимаем  некоторые допущения, такие как: предел прочности при растяжении σ_в, сечение державки резца H×B, глубина резания t, которые существенным образом влияют на численные значения наивыгоднейшего режима резания.

Аналитический метод расчёта  наиболее точен и предпочтителен, а табличный можно применять  для расчёта режимов резания  неответственных и в малом количестве требуемых деталей.

 

3 Построение номограмм

Формулы, используемые для расчета режима резания, могут  быть выражены графически, в виде номограмм, что в ряде случаев значительно  упрощает расчет. Номограммы строятся отдельно для каждой зависимости  или в форме комбинированных  графиков. Весьма удобно пользоваться комбинированным графиком, где даются зависимости V = f (D, n) и t₀ = f (n, S), построение которых и требуется выполнить.