Элементы режима резания формулы. Расчет режимов резания при точении на токарных станках

Парфеньева И.Е. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. М.: Учебное пособие, 2009

3. Классификация и характеристика движения резания. Режимы резания. Качество обработанной поверхности Параметры процесса резания. Общая характеристика способа точения.

3.1. Классификация и характеристика движения резания

Чтобы с заготовки срезать слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Эти относительные движения обеспечиваются рабочими органами станков, в которых заготовка и инструмент устанавливаются и закрепляются.

Движения рабочих органов станков делят на рабочие или движения резания, установочные и вспомогательные.

Рабочие или движения резания – это движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла. К ним относят главное движение резания и движение подачи.

За главное движение резания принимают движение, определяющее скорость деформирования металла и отделения стружки. За движение подачи принимают движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, по своему характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают буквой V , скорость движения подачи (величину подачи) - S .

Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное расположение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала.

Вспомогательные движения – движения рабочих органов станков, не имеющие прямого отношения в процессу резания. Примерами служат: быстрые перемещения рабочих органов, переключение скоростей резания и подач и др.

Для любого процесса резания можно составить схему обработки . На схеме условно обозначают обрабатываемую заготовку, ее установку и закрепление на станке, закрепление и положение инструмента относительно заготовки, а также движения резания. Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют утолщенными линиями. Показывают характер движений резания.

На заготовке различают: обрабатываемую поверхность 1, с которой срезается слой металла; обработанную поверхность 3, с которой металл уже срезан; поверхность резания 2, образуемую в процессе обработки главной режущей кромкой инструмента.

Рис.1. Схемы обработки заготовки точением и сверлением

3.2. Режимы резания

Основными элементами режима резания являются: скорость резания V , подача S и глубина резания t . Элементы режима резания рассмотрим на примере токарной обработки.

Рис.2. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя

Скорость резания V – это расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/сек.

При точении скорость резания равна:

М/ мин

где D заг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки в минуту.

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или один ход заготовки или инструмента.

Подача в зависимости от технологического метода обработки имеет размерность:

мм/об – для точения и сверления;

мм/об, мм/мин, мм/зуб – для фрезерования;

мм/дв.ход – для шлифования и строгания.

По направлению движения различают подачи: продольную S пр , поперечную S п , вертикальную S в , наклонную S н , круговую S кр , тангенциальную S т и др.

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно последней. Глубину резания относят к одному рабочему ходу инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания имеет размерность мм. При точении цилиндрической поверхности глубина резания определяется по формуле:

где d –диаметр обработанной цилиндрической поверхности заготовки, мм.

Глубина резания всегда перпендикулярна направлению движения подачи. При подрезании торца глубиной резания является величина срезаемого слоя измеренная перпендикулярно к обработанному торцу. При прорезании и отрезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом.

Глубина резания и подача являются технологическими величинами, которыми оперируют в производственных условиях (при нормировании). Для теоретических исследований имеют значение геометрические величины срезаемого слоя: ширина, толщина и площадь срезаемого слоя.

Шириной срезаемого сло я «b » называется расстояние в мм между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания.

где - главный угол в плане.

Толщиной срезаемого слоя «a » называется расстояние в мм между двумя последовательными положениями поверхности резания за один оборот обрабатываемой детали, измеренное перпендикулярно к ширине срезаемого слоя

Площадь срезаемого слоя «f » равна

Мм2 .

Эта площадь сечения срезаемого слоя называется номинальной . Действительная площадь срезаемого слоя будет меньше номинальной за счет гребешков, оставляемых резцом на обработанной поверхности. Высота и форма остающихся гребешков влияет на шероховатость обработанной поверхности.

3.3. Качество обработанной поверхности

Качество обработанной поверхности определяется геометрическими и физическими характеристиками поверхностного слоя. Геометрические характеристики поверхности дают представление о погрешностях механической обработки. К этим погрешностям относятся:

· макрогеометрия поверхности, характеризуемая погрешностями формы, как, например, выпуклостью или вогнутостью плоских поверхностей и конусностью, бочкообразностью, седлообразностью, овальностью и огранкой цилиндрических поверхностей;

• микрогеометрия поверхности (шероховатость);
• волнистость.

Физические свойства поверхностного слоя отличаются от физических свойств основного материала. Это объясняется тем, что при обработке резанием поверхностный слой подвергается воздействию высоких температур и значительных сил, которые вызывают упругие и пластические деформации. Толщина деформированного слоя составляет при шлифовании порядка 50000Ао , при полировании 15000Ао (Ао =10-7мм). Таким образом, даже при такой чистовой обработке, как шлифование, поверхностный слой толщиной более 5 мкм отличается от основного металла.

Шероховатость поверхности определяет продолжительность нормальной работы деталей и машин. От степени шероховатости поверхности зависят износостойкость поверхностей трущихся пар, антикоррозионная стойкость деталей машин, стабильность посадок.

Чем грубее обработана деталь, тем меньше ее износостойкость. Наличие микронеровностей вызывает концентрацию напряжений во впадинах гребешков, что приводит к появлению трещин и снижает прочность деталей (особенно работающих при знакопеременных нагрузках).

Шероховатость на деталях после обработки оказывает значительное влияние на коррозионную стойкость. Очаги коррозии образуются в первую очередь во впадинах. Чем чище обработана поверхность, тем выше ее коррозионная стойкость.

Шероховатость оказывает влияние на стабильность подвижных и неподвижных посадок. Значительная шероховатость изменяет расчетную величину зазора или натяга.

Высота неровностей на обработанной поверхности зависит от величины подачи, геометрии резца (радиуса резца при вершине, главного и вспомогательного углов в плане и ). Кроме того, высота неровностей зависит от обрабатываемого материала, скорости резания, нароста, износа резца, вибраций и т.д.

Общая высота неровностей складывается из расчетной (теоретической) части шероховатостей и шероховатостей, возникающих от технологических факторов.

При обработке резцом, для которого радиус при вершине =0, теоретическая высота неровностей равна

где S – подача, мм/об; , - главный и вспомогательный углы в плане, град.

При :

Зависимость приближенная, так как не учитывает влияние технологических факторов. Высота неровностей возрастает с увеличением подачи, а также углов и и уменьшается с увеличением радиуса .

Влияние технологических факторов на шероховатость поверхности:

1.Скорость резания. В диапазоне скоростей резания, где нарост имеет максимальное значение, получается наибольшая шероховатость. Так, для стали средней твердости наибольшая шероховатость поверхности получается в диапазоне 15-30 м/мин.

2.Глубина резания непосредственно не влияет на высоту микронеровностей.

3.Чем выше вязкость обрабатываемого материала, тем больше высота шероховатостей.

4.Применение СОЖ уменьшает размеры неровностей.

На шероховатость обработанной поверхности влияет шероховатость на режущей кромке инструмента. Она копируется и непосредственно переносится на обработанную поверхность.

3.4. Параметры процесса резания

Параметры процесса резания – это переменные, используемые для описания и анализа процесса резания. К ним относят множество размеров обработанной поверхности (линейные, угловые), множество параметров шероховатости; основное время, непосредственно затраченное на резание То , стойкость инструмента Т , эффективную мощность резания, скорость резания, геометрические параметры резцов и т.д.

Основное технологическое время обработки То –это время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки.

Для токарной обработки

где -путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи; l –длина обработанной поверхности, мм; –величина врезания () и перебега резца (1–2), мм;

i – число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку;

n – частота вращения заготовки, об/мин;

S – подача, мм/об.to –основное (технологическое) время, затрачиваемое на резание;

t в - вспомогательное время, необходимое для установки и снятия детали, измерения ее, управления станком и др.;

t об - время обслуживания станка и рабочего места, отнесенное к одной детали;

t п - время перерывов на отдых и естественные надобности, отнесенное также к одной детали.

Отдельные составляющие штучного времени определяются по нормативно-справочным данным.

Элементы режима резания назначают следующим образом:

1. сначала выбирают глубину резания. При этом стремятся весь припуск на обработку снять на один проход режущего инструмента. Если по технологическим причинам необходимо сделать два прохода, то при этом на первом проходе снимают 80% припуска, при втором 20%;

2. выбирают величину подачи. Рекомендуют назначать наибольшую допустимую величину подачи, учитывая требования точности и шероховатости обработанной поверхности, а также режущие свойства материала инструмента, мощности станка и другие факторы;

3. определяют скорость резания по эмпирическим формулам. Например, для точения

где СV - коэффициент, зависящий от обрабатываемого и инструментального материалов и условий резания;

Т – стойкость резца в минутах;

m - показатель относительной стойкости;

XV , YV –показатели степеней.

4. по найденной скорости определяется число оборотов шпинделя станка и по паспорту станка выбирается ближайшее меньшее

Элементами процесса резания являются скорости движений резания и глубина резания. Совокупность этих элементов называется «режим резания».

Скорость резания V - путь, пройденный наиболее отдаленной от оси вращения точкой поверхности резания относительно режущей кромки резца за единицу времени (м мин). Скорость резания зависит от частоты вращения и диаметра обрабатываемой заготовки. Чем больше диаметр D заготовки, тем больше скорость резания при одной и той же частоте вращения, так как за один оборот заготовки (или за одну минуту) путь, пройденный точкой А на поверхности резания (рис. 1.2), будет больше пути, пройденного точкой Б (πD>πd) .

Рис. 1.2. Данные для определения скорости резания при точении

Размерность скорости резания: для лезвийной обработки - м/мин, для абразивной обработки - м/с. Если главное движение является вращательным, то для лезвийной обработки

V = πDn/1000 ;

для шлифования

V= πDn/(1000*60),

где D - наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки или диаметр вращающегося инструмента, мм; п - частота вращения заготовки (инструмента), об/мин.

Если известна скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента v и диаметр заготовки D , можно определить требуемую частоту вращения заготовки и настроить на частоту шпинделя:

n=1000v/πD , об/мин

Если главное движение является возвратно-поступательным, а скорости рабочего и холостого ходов разные, средняя скорость, м/мин, равна

V cp =(K + 1)Lm/1000,

где К = V px /V xx - коэффициент отношения скорости рабочего хода V px к скорости холостого хода V x х;

L - расчетная длина хода резца, мм;

т - число двойных ходов резца в минуту.

Скорость движения подачи (подача) S - путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в единицу времени в направлении движения подачи. Различают:

подачу в минуту (минутную) S м - перемещение режущего инструмента в минуту, мм/мин;

подачу на оборот S 0 - перемещение режущего инструмента за один оборот заготовки или инструмента, мм/об;

для многозубых инструментов - подачу на зуб S z - перемещение режущего инструмента за время поворота на угол, равный угловому шагу зубьев, мм/зуб;

подачу на двойной ход S 2x - перемещение режущего инструмента за один двойной ход, мм/2х.

S M = S O n= S z nz = S 2х,

где z - число зубьев инструмента.

При точении различают продольную подачу, направленную вдоль оси заготовки; поперечную подачу, направленную перпендикулярно оси заготовки; наклонную подачу под углом к оси заготовки (при обработке конической поверхности).

Глубина резания t - кратчайшее расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями, мм. При точении (рис. 1.3, а) глубина резания равна

t = 0,5(D 3 - d),

где D 3 и d - соответственно диаметры заготовки и обработанной поверхности, мм.

При растачивании (рис. 1.3, б) глубина резания представляет собой полуразность между диаметром отверстия после обработки и диаметром отверстия до обработки. При подрезании глубиной резания являемся величина срезаемого слоя, измеренная перпендикулярно к обработанному торцу (рис. 1.3, в) и при отрезании и прорезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом (рис. 1.3, г).

Рис. 1.3. Глубина резания при различных видах обработки. а - наружное точение (обтачивание), б - растачивание, в - подрезание торца, г - отрезание

3. Виды резцов и их геометрические параметры

Токарные резцы подразделяются по назначению, материалу рабочей части, форме головки и направлению подачи, конструкции, сечению стержня и т.д.

По назначению различают резцы проходные, подрезные, отрезные, расточные, галтельные, фасонные и резьбовые.

Токарные резцы применяют:

Проходные – для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей;

Расточные – проходные и упорные – для растачивания глухих и сквозных отверстий;

Отрезные – для отрезания заготовок и точения канавок;

Резьбовые – для нарезания наружных и внутренних резьб;

Фасонные – для обработки фасонных поверхностей;

Галтельные – для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу.

По направлению подачи проходные резцы подразделяют на правые и левые.

По форме головки и ее расположению резцы подразделяются на прямые, отогнутые и изогнутые.

По конструкции резцы могут быть цельные, с приваренной встык головкой, с припаянной пластинкой и с механическим креплением режущих пластин. В качестве материала рабочей части обычно используют быстрорежущие стали, твердые сплавы и металлокерамику.

По сечению стержня различают резцы прямоугольные, квадратные и круглые.

Токарный прямой проходной резец (рис. 3.1) состоит из рабочей части (головки) 2 и тела (стержня) 3. Тело резца служит для его установки и закрепления в резцедержателе. Рабочая часть резца образуется при его заточке и содержит следующие элементы: передняя поверхность 4 (поверхность, по которой сходит стружка); главная задняя поверхность 7 (она наиболее развита и направлена по движению подачи); вспомогательная задняя поверхность 7 (направлена против движения подачи). Пересечение передней и главной задней поверхностей дает главную режущую кромку 6, пересечение передней и вспомогательной задней поверхностей дает вспомогательную режущую кромку 5. Режущие кромки пересекаются в вершине резца 8. Расположение поверхностей и кромок резца определяется его заточкой (геометрия инструмента).

Рис. 3.1. Элементы и части прямого токарного проходного резца:

1 - вспомогательная задняя поверхность; 2 - головка резца; 3 - тело резца; 4 - передняя поверхность; 5, 6 - вспомогательная и главная режущие кромки соответственно; 7 - главная задняя поверхность; 8 - вершина резца

Для определения углов, под которыми располагаются элементы инструмента, вводят координатные плоскости. Рассматривают три системы координат: инструментальную, статическую и динамическую. В инструментальной системе координат инструмент рассматривается как геометрическое тело. В статической системе координат скорость главного движения отлична от нуля, а скорость движения подачи равна нулю. В динамической системе координат скорости главного движения и движения подачи отличны от нуля.

Рис 3.2. Координатные плоскости токарного проходного резца:

D r – движение резания; D S – движения подачи; P v - основная плоскость; P n – плоскость резания

Рассмотрим геометрию режущей части инструмента в статической системе координат на примере токарного проходного резца (рис. 3.3).

Главные углы рассматриваются в главной секущей плоскости Р х. Главный задний угол α - угол между касательной к главной задней поверхности в рассматриваемой точке главной режущей кромки и плоскостью резания. Наличие угла уменьшает трение между обработанной и главной задней поверхностями, что увеличивает стойкость инструмента. Однако чрезмерное увеличение угла приводит к уменьшению прочности режущего лезвия. Величина угла - в пределах 5... 10° и выбирается в зависимости от упругих свойств обрабатываемого материала. Для тех видов обработки, при которых скорость подачи соизмерима со скоростью главного движения (нарезание резьбы), угол выбирается в пределах 8... 14°.

Углом заострения β называется угол между передней и главной задней поверхностями резца.

Главный передний угол γ - угол между основной плоскостью и передней поверхностью. Он может быть положительным (если передняя поверхность расположена ниже основной плоскости), равным нулю (передняя поверхность совпадает с основной плоскостью) и отрицательным (если передняя поверхность расположена выше основной плоскости). При обработке низкоуглеродистых и низколегированных сталей быстрорежущим инструментом угол γ выбирают в пределах 12... 18°. При обработке вязких материалом угол увеличивают, а при обработке хрупких и твердых материалов - уменьшают вплоть до отрицательных значений.

Рис. 3.3. Углы резца в статической системе координат:

D r - движение резания; D s - движение подачи; P v - основная плоскость; Р n - плоскость резания; Р τ - главная секущая плоскость; α, γ - главные задний и передний углы; φ , φ 1 - главный и вспомогательный углы в плане; λ - угол наклона главной режущей кромки

Углы в плане рассматриваются между направлением движения подачи и проекцией соответствующей режущей кромки на основную плоскость. Главный угол в плане φ - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи. Вспомогательный угол в плане φ 1 - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения подачи. При обработке деталей малой жесткости угол φ берут близким или равным 90°, так как в этом случае радиальная сила, вызывающая изгиб детали, минимальна. В зависимости от условий работы принимают φ= 10. . .90°. Наиболее распространенной величиной угла резца в плане при обработке на универсальных токарных станках является φ=45°. Вспомогательный угол в плане φ 1 =0...45°; наиболее распространен φ 1 =12...15°.

Угол наклона главной режущей кромки λ - это угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью, проведенной через вершину резца. Если вершина резца является высшей частью главной режущей кромки, λ > 0; если совпадает с основной плоскостью, λ = 0; если вершина является низшей частью главной режущей кромки, λ < 0. С увеличением угла ухудшается качество обработанной поверхности. Но чаще всего выбор величины и знака угла определяется направлением схода стружки. При отрицательных значениях угла λ стружка сходит по направлению движения подачи, что безопасно при работе на универсальных станках; при положительных - стружка сходит по направлению против движения подачи, что безопасно при работе на станках с автоматическим и полуавтоматическим циклом. Положительные углы применяются при обработке отверстий для того, чтобы стружка выходила из отверстия.

Угол наклона главной режущей кромки λопределяет направление схода стружки. При положительном к стружка имеет направление на обработанную поверхность, при отрицательном λ- на обрабатываемую поверхность.

Для того чтобы обрабатывать заготовку резанием и получать в результате этого обработанные поверхности той или иной детали, заготовка и применяемый режущий инструмент должны совершать определенные движения. Эти движения разделяются на основные (служащие для осуществления процесса резания) и вспомогательные (служащие для подготовки к процессу резания и для завершения операции). Основных движений два:

• движение резания (или главное движение);
• движение подачи.

При обработке на токарном станке движение резания - вращательное - совершает заготовка, тем или иным способом скрепленная со шпинделем станка, а движение подачи - поступательное - получает режущий инструмент (резец), жестко закрепленный в резцедержателе. Движение позволяет осуществлять процесс резания (образования стружки) , движение же подачи дает возможность вести этот процесс (обработку) по всей длине заготовки (рис. ч.16).

Глубина резания (t) -величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. Глубина резания всегда перпендикулярна направлению движения подачи (см. также рис. 11 -14). При наружном продольном точении (рис. 16) она представляет собой полуразность между диаметром заготовки и диаметром обработанной поверхности, полученной после одного прохода:

Скорость резания υ - величина перемещения точки режущей кромки относительно поверхности в единицу времени в процессе осуществления движения резания*.

При токарной обработке, когда обрабатываемая заготовка вращается с частотой n об/мин, скорости резания в точках МК режущей кромки будет величиной переменной. Максимальная скорость:

где D - наибольший диаметр поверхности в мм.

* Скорость резания является функцией частоты вращения заготовки и скорости перемещения резца (подачи).

Если скорость будет известна, то легко определить частоту вращения:

При продольном точении скорость резания имеет постоянную величину на протяжении всего времени резания (если диаметр заготовки вдоль всей ее длины одинаков, а частота вращения неизменна). При подрезке торца, когда резец перемещается от периферии заготовки к центру, скорость резания при постоянной частоте вращения переменна. Она имеет наибольшее значение у периферии и равна нулю в центре (рис. 17). Переменной вдоль обработанной поверхности скорость резания будет и при отрезке (см. рис. 14). Однако в этих случаях учитывают максимальную скорость резания.

Подача s (точнее, скорость подачи) - величина перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу времени в направлении движения подачи. При токарной обработке может быть продольная подача , когда резец перемещается в направлении, параллельном оси заготовки (см. рис. 16); поперечная подача , когда резец перемещается в направлении, перпендикулярном оси заготовки (см. рис. 17), и наклонная подача - под углом к оси заготовки (например, при точении конической поверхности).

Различают подачу за один оборот заготовки, т. е. величину относительного перемещения резца за время одного оборота заготовки (из положения I резец переместился в положение II, рис. 16), и минутную подачу , т. е. величину относительного перемещения резца за 1 мин. Минутная подача обозначается S м (мм/мин), а подача за одни оборот - s (мм/об). Между ними существует следующая зависимость.

К элементам режима резания относятся глубина резания, подача и скорость резания.

Глубина резания определяется в основном величиной припуска на обработку. Припуск на обработку выгодно удалять за один проход. Глубина резания оказывает большое влияние на силы резания, поэтому иногда возникает необходимость разделить припуск на несколько проходов. Суммарный припуск разделяется следующим образом: 60%-на черновую обработку, 20-30% - на получистовую и 10-20%-на чистовую.

Для черновой обработки глубину резания принимают t = 3- 5 мм, получистовой - 2-3 мм и чистовой - 0,5-1,0 мм.

Величина подачи ограничивается силами, действующими в процессе резания; эти силы могут привести к поломке режущего инструмента, деформации и искажению формы заготовки, поломке станка. Целесообразно работать с максимально возможной подачей. Обычно подача назначается из таблиц справочников по режимам резания, составленным на основе специальных исследований и изучения опыта работы машиностроительных заводов. После выбора величины подачи из справочников ее корректируют по кинематическим данным станка, на котором будет вестись обработка (берется ближайшая меньшая величина подачи).

Для черновой обработки принимают s = 0,3-1,5 мм/об, для чистовой - 0,1 -0,4 мм/об.

При одинаковой площади поперечного сечения среза нагрузка на резец меньше при работе с меньшей подачей и большей глубиной резания; нагрузка на станок (по мощности), наоборот, меньше при работе с большей подачей и меньшей глубиной резания, так как на силу резания глубина оказывает большее влияние, чем подача.

Скорость резания зависит от конкретных условий обработки, которые влияют на, стойкость инструмента (время работы инструментом от переточки до переточки). Чем большую скорость резания допускает инструмент при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем более он производителен.

На скорость резания , допускаемую резцом, влияют следующие факторы: стойкость режущего инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого металла, подача и глубина резания, геометрические элементы режущей части резца, размеры сечения державки резца, смазочно-охлаждающая жидкость, максимально допустимая величина износа резца.

Стойкость резцов из быстрорежущих сталей уменьшается с увеличением скорости резания. Рациональная скорость резания для этих резцов от 20 до 50 м/мин.

Стойкость резцов, оснащенных пластинками твердых сплавов, находится в более сложной зависимости от скорости резания. Рациональная скорость резания для этих резцов находится в пределах v = 80- 140 м/мин при стойкости T=30-60 мин. Скорость резания уменьшается с увеличением содержания в стали легирующих элементов: хрома, вольфрама, марганца, кремния и др.

Скорость резания уменьшается с увеличением сопротивления резанию, которое приводит к возникновению больших сил, высокой температуры, интенсивному износу режущего инструмента.

С большей скоростью резания обрабатываются автоматные стали, цветные и легкие сплавы. Алюминий обрабатывается со скоростью в 5-6 раз большей, чем скорость обработки углеродистой конструкционной стали.

Подача и глубина резания определяют нагрузку на резец и температуру резания. С увеличением подачи и глубины резания интенсивнее износ резца, что ограничивает скорость резания. Для достижения большей производительности резания выгоднее работать с большими сечениями среза за счет уменьшения скорости резания. Например, при увеличении подачи в 2 раза (с 0,3 до 0,6 мм/об) скорость резания необходимо уменьшить на 20-25%. При удвоении глубины резания скорость резания должна быть уменьшена на 10-15%. На практике скорость резания увеличивают после того, как достигнуты предельные величины по глубине резания и подаче.

Необходимая скорость резания и стойкость инструмента определяются правильным выбором геометрии режущей части резца, необходимо также учитывать обрабатываемость заготовки, режущие свойства материала резца и другие условия обработки.

Чем больше площадь сечения державки быстрорежущего резца, тем допускаются большие скорости резания, так как этим улучшается теплоотвод и повышается жесткость резца.

Для резцов, оснащенных пластинками твердых сплавов, влияние сечения державки незначительно и им можно пренебречь.

При черновом точении сталей быстрорежущими резцами обильное охлаждение смазочно-охлаждающими жидкостями (8-12 л/мин) повышает скорость резания на 20-30%. При чистовом точении интенсивность охлаждения 4-6 л/мин обеспечивает повышение скорости резания на 8-10%.

Для твердосплавного инструмента особенно необходимо постоянное охлаждение, так как в случае прерывистого охлаждения могут образоваться трещины на пластинке и резец выйдет из строя.

Допустимая величина износа резцов определяет выбор величины скорости резания. Увеличение допустимой величины износа резцов по задней поверхности от 0,8 до 1,6 мм позволяет увеличить скорость резания на 30%.

Ориентировочные значения скорости резания для наружного точения по стали и чугуну приведены в табл. 3.

3. Скорости резания для наружного точения, м/мин

Резцы, оснащенные минералокерамическими пластинками, при чистовой и получистовой обработке стальных деталей позволяют повысить скорость резания на 20-30% по сравнению с резцами, оснащенными твердосплавными пластинками марки Т15К6, а при чистовой и получистовой обработке чугунов - на 50% по сравнению с твердосплавными резцами с пластинками марки ВК8.

Одним из многофункциональных способов обработки металлов является точение. С его помощью осуществляется черновая и в процессе изготовления или ремонта деталей. и эффективная качественная работа достигается путем рационального подбора режимов резания.

Особенности процесса

Токарная отделка осуществляется на специальных станках с помощью резцов. Главные движения выполняются шпинделем, который обеспечивает вращение закрепленного на нем объекта. Движения подачи совершаются инструментом, который закреплен в суппорте.

К основным видам характерных работ относятся: торцевое и фасонное обтачивание, растачивание, обработка углублений и канавок, подрезание и отрезание, оформление резьбы. Каждый из них сопровождается производительными движениями соответствующего инвентаря: проходных и упорных, фасонных, растачивающих, подрезных, отрезных и резьбовых резцов. Разнообразный типаж станков позволяет обрабатывать мелкие и очень крупные объекты, внутренние и внешние поверхности, плоские и объемные заготовки.

Основные элементы режимов

Режим резания при токарной обработке - это комплекс параметров работы металлорежущего станка, направленный на достижение оптимальных результатов. К ним относятся следующие элементы: глубина, подача, частота и скорость вращения шпинделя.

Глубина - это толщина металла, снимаемая резцом за один проход (t, мм). Зависит от заданных показателей чистоты и соответствующей шероховатости. При черновом точении t = 0,5-2 мм, при чистовом - t = 0,1-0,5 мм.

Подача - расстояние перемещения инструмента в продольном, поперечном или прямолинейном направлении относительно одного оборота обрабатываемой детали (S, мм/об). Важными параметрами для ее определения являются геометрические и качественные характеристики

Частота вращения шпинделя - количество оборотов главной оси, к которой крепится заготовка, осуществляемое за период времени (n, об/с).

Скорость - ширина прохода за одну секунду с соответствием заданной глубины и качества, обеспеченная частотой (v, м/с).

Сила точения - показатель расходуемой мощности (P, Н).

Частота, скорость и сила - важнейшие взаимосвязанные элементы режима резания при токарной обработке, которые задают и оптимизационные показатели отделки конкретного объекта, и темп работы всего станка.

Исходные данные

С точки зрения системного подхода процесс точения можно рассматривать как слаженное функционирование элементов сложной системы. К ним относятся: инструмент, заготовка, человеческий фактор. Таким образом, на эффективность этой системы влияет перечень факторов. Каждый из них учитывается тогда, когда необходимо рассчитать режим резания при токарной обработке:

• Параметрические характеристики оборудования, его мощность, тип регулирования вращения шпинделя (ступенчатое или бесступенчатое).
• Способ крепления заготовки (с помощью планшайбы, планшайбы и люнета, двух люнетов).
• Физические и механические свойства обрабатываемого металла. Учитывается его теплопроводность, твердость и прочность, тип производимой стружки и характер ее поведения относительно инвентаря.
• Геометрические и механические особенности резца: размеры углов, державки, радиус при вершине, размер, тип и материал режущей кромки с соответствующей теплопроводностью и теплоемкостью, ударной вязкостью, твердостью, прочностью.
• Заданные параметры поверхности, в том числе ее шероховатость и качество.

Если все характеристики системы учтены и рационально просчитаны, становится возможным достижение максимальной эффективности ее работы.

Критерии эффективности точения

Детали, изготавливаемые с помощью токарной отделки, являются чаще всего составляющими ответственных механизмов. Требования выполняются с учетом трех основных критериев. Наиболее важным является максимальное выполнение каждого из них.

• Соответствие материалов резца и обтачиваемого объекта.
• Оптимизация между собой подачи, скорости и глубины, максимальная производительность и качество отделки: минимальная шероховатость, точность форм, отсутствие дефектов.
• Минимальные затраты ресурсов.

Порядок расчета режима резания при токарной обработке осуществляется с высокой точностью. Для этого существует несколько различных систем.

Способы вычисления

Как уже было сказано, режим резания при токарной обработке требует учета большого количества разных факторов и параметров. В процессе развития технологии многочисленные ученые умы разработали несколько комплексов, направленных на вычисление оптимальных элементов режимов резания для различных условий:

• Математический. Подразумевает точный расчет по существующим эмпирическим формулам.
• Графоаналитический. Совмещение математического и графического методов.
• Табличный. Выбор значений, соответствующих заданным условиям работы, в специальных комплексных таблицах.
• Машинный. Использование программного обеспечения.

Наиболее подходящий выбирается исполнителем в зависимости от поставленных задач и массовости производственного процесса.

Математический метод

Аналитически вычисляются Формулы существуют более и менее сложные. Выбор системы определяется особенностями и требуемой точностью результатов просчетов и самой технологии.

Глубина рассчитывается как разность толщины заготовки до (D) и после (d) обработки. Для продольных работ: t = (D - d) : 2; а для поперечных: t = D - d.

Допустимая подача определяется поэтапно:

• цифры, которые обеспечивают необходимое качество поверхности, S шер;
• подача с учетом характеристик инструмента, S р;
• значение параметра, учитывающее особенности закрепления детали, S дет.

Каждое число вычисляется по соответствующим формулам. В качестве фактической подачи выбирают наименьшую из полученных S. Также существует обобщающая формула, учитывающая геометрию резца, заданные требования к глубине и качеству точения.

• S = (C s *R y *r u) : (t x *φ z2), мм/об;
• где C s - параметрическая характеристика материала;
• R y - заданная шероховатость, мкм;
• r u - радиус при вершине токарного инструмента, мм;
• t x - глубина точения, мм;
• φ z - угол при вершине резца.

Скоростные параметры вращения шпинделя считаются по различным зависимостям. Одна из фундаментальных:

v = (C v *K v) : (T m *t x *S y), м/мин, где

• C v - комплексный коэффициент, обобщающий материал детали, резца, условия процесса;
• K v - дополнительный коэффициент, характеризующий особенности точения;
• T m - стойкость инструмента, мин;
• t x - глубина резания, мм;
• S y - подача, мм/об.

При упрощенных условиях и с целью доступности расчетов, скорость токарной обработки заготовки можно определить:

V = (π*D*n) : 1000, м/мин, где

• n - частота вращения шпинделя станка, об/мин.

Используемая мощность оборудования:

N = (P*v) : (60*100), кВт, где

• где P - сила резания, Н;
• v - скорость, м/мин.

Приведенная методика является очень трудоемкой. Существует большое разнообразие формул различной сложности. Чаще всего сложно правильно подобрать нужные, чтобы произвести расчет режимов резания при токарной обработке. Пример наиболее универсальных из них приведен тут.

Табличный метод

Суть этого варианта состоит в том, что показатели элементов находятся в нормативных таблицах в соответствии с исходными данными. Существует перечень справочников, в которых приведены значения подач в зависимости от параметрических характеристик инструмента и заготовки, геометрии резца, заданных показателей качества поверхности. Есть отдельные нормативы, вмещающие в себе предельно допустимые ограничения для различных материалов. Отправные коэффициенты, необходимые для расчета скоростей, также содержатся в специальных таблицах.

Такая методика используется обособленно или одновременно с аналитической. Она удобна и точна в применении для несложного серийного производства деталей, в индивидуальных мастерских и в домашних условиях. Она позволяет оперировать цифровыми значениями, используя минимум усилий и исходных показателей.

Графоаналитический и машинный методы

Графический способ является вспомогательным и основан на математических расчетах. Вычисленные результаты подач наносятся на график, где расчерчивают линии станка и резца и по ним определяют дополнительные элементы. Этот метод - очень сложная комплексная процедура, которая является неудобной для серийного производства.

Машинный способ - точный и доступный вариант для опытного и начинающего токаря, разработанный для того, чтобы вычислять режимы резания при токарной обработке. Программа предоставляет наиболее точные значения в соответствии с заданными исходными данными. Они обязательно должны включать:

• Коэффициенты, характеризующие материал обрабатываемой детали.
• Показатели, соответствующие особенностям инструментального металла.
• Геометрические параметры токарных резцов.
• Числовое описание станка и способов закрепления заготовки на нем.
• Параметрические свойства обрабатываемого объекта.

Сложности могут возникать на этапе числового описания исходных данных. Правильно задав их, можно быстро получить комплексный и точный расчет режимов резания при токарной обработке. Программа может содержать неточности работы, однако они менее значительны, чем при ручном математическом варианте.

Режим резания при токарной обработке - важная расчетная характеристика, определяющая ее результаты. Одновременно с элементами выбираются инструменты и охлаждающе-смазывающие вещества. Полный рациональный подбор этого комплекса - показатель опытности специалиста или его упорности.