Примеры расчета режима резания (токарная обработка)

Пример 1. Точить валик с одной стороны начерно из заготовки, полученной методом горячей штамповки (рис.2.1) 90 х 725 мм с припуском по ступеням вала 5 мм на сторону, материал заготовки сталь 40Х, σ_в = 72 кг/мм², станок токарно-винторезный модели 16К20Ф1, η = 0,8. Инструмент - резец проходной, φ = 45°, Т5К10, резец проходной упорный 16x25 φ = 90°, Т5К10. Приспособление - центры, хомутик.

Рис.2.1 - Точение ступеней валика Паспортные данные токарно-винторезного станка модели 16К20Ф1 следующие: Число оборотов шпинделя в минуту: 12,5; 16 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125;160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000 мин-1. Продольные подачи 0,07; 0,074; 0,084; 0,097; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,17; 0,195; 0,21; 0,23; 0,26; 0,28; 0,30; 0,34; 0,39; 0,43; 0,47; 0,52; 0,57; 0,61; 0,70;0,78; 0,87; 0,94; 1;04; 1,14; 1,21; 1,40; 1,56; 1,74; 1,90; 2,08; 2,28; 2,42; 2,80; 3,12; 3,48; 3,80; 4,16 мм/об.

Максимальное усилие механизма осевой подачи составляет 360 кг (3600Н), а мощность на шпинделе N_СТ = 8,5 кВт.

1. Назначается глубина резания t = 5 мм для обработки каждой шейки вала (весь припуск) (см. рис.2.1).

2. По таблице 2.1 определяется подача 0,5…1,1 мм/об для диаметра детали 60…100 мм и размера державки 16x25 мм² при глубине 3…5 мм.

В среднем получается подача S = 0,8 мм/об.

3. Ближайшее значение подачи по паспорту станка S_ct = 0,78 мм/об.

4. Расчетная скорость резания определяется по эмпирической формуле:

V_p=C_V?·K_v/T^m ·t ^x·s ^у .

Значение коэффициента и показателей степени выбираются из таблицы 4. Для подачи S св. 0,7 мм/об C_V = 340, х = 0.15, у = 0.45, т = 0.20мм, Т = 60 мин (принимаем). Для поправочных коэффициентов по скорости резания из таблиц 5, 6, 7, 8 устанавливают величины поправок.

К_г = 1,0 ; n_v = l,0 (табл.6), K_пv = 0,8 (таблица 7), K_иv = 0,65 (таблица 2.8)

K_v = K_mv·K_пv·K_иv ; К_v = 1,0 (750/720) 1,0?0,8?0,65.

K_v = l,04?0,8?0,65 = 0,54.

При подстановке данных в формулу скорости резания получаем:

V_р=340?0,54/(60^0,25^0,150,78^0,45) =340?0,54/(2,267?1,27?0,894) =71,3 м/мин.

5. Частота вращения шпинделя для обработки шеек 61,5; 71,5; 81,5 определяется по формуле:

n = 1000 V_p/π·d.

n₁ = (1000?71,3) / π61,5 = 369,2 мин^-1; п₂ = (1000?71,3) / π71,5 = 317,5 мин^-1; п₃ = (1000?71,3) / π·81,5 = 278,6 мин^-1.

6. По паспорту станка при назначении чисел оборотов шпинделя можно принять п = 315 мин^-1.

7. Действительная скорость резания для трех шеек получается

V₁ = (π·61,5?315) / 1000=60,82 м/мин; V₂ = (π·71,5·315) / 1000 = 70,72 м/мин;

V₃ = (π·81,5?315) / 1000 = 80,6 м/мин.

8. Разница с расчетной скоростью не превышает 10…15%, поэтому можно принять обработку трех шеек с общей частотой вращения п = 315 мин^-1.

9. Эффективная мощность резания определяется по формуле:

N_э = (P_z?V) /1020·60 кВт,

где Р_z - тангенциальная составляющая силы резания.

Р_z = 10·C_Pz·t^Xpz·S^Уpz·V^npz·K_pz,

где K_pz - поправочный коэффициент. K_pz = К_MP· К_φр· К_?р·· К_λр· К_rp. Коэффициенты, входящие в K_pz определяются по таблицам 2.10 и 2.16

Приложения. K_pz=1.

Показатели степени и постоянная C_Pz определяются по таблице 2.9.

Р_z = 10·300_·5¹·0,78^0,75·80,6^-0,15·1 = 2100Н.

N_э = (2100?80,6) /1020·60 = 2,83кВт.

Так как 2,83<8,5·0,8, то режим резания по мощности резания выбран правильно. Двойной крутящий момент 2M = 2100·81,5 / 1000 = 171,2 Н·м.

2M_ст = 350 Н·м.

Основное время обработки на длине в 650 мм при принятой подаче S_ст = 0,78 мм/об получается

Т₀ = (L+4) / S_ст?п_ст = (650+4) / (0,78?315) = 2,66 мин.

Пример 2. На токарно-винторезном станке 16К20 (рис.2.2) подрезается торец втулки диаметром D = 120 мм до диаметра d = 80 мм. Припуск на обработку (на сторону) h = 2 мм. Параметр шероховатости обработанной по­верхности R_z = 20 мкм. Материал заготовки - серый чугун СЧ 20 твердостью 210НВ. Обрабатываемая поверхность без литейной корки. Система станок-приспособление-инструмент-за­готовка жесткая. Эскиз обработки показан на рис. 2.2. Необходимо: выбрать режущий инструмент; назначить режим резания (допуска­емую резцом скорость главного движения резания и мощность , затрачиваемую на резание, подсчитать по формулам); опреде­лить основное время.

Рис. 2.2 - Эскиз обработки к примеру 2

I. Выбираем резец и устанавливаем его геометрические элементы. Принимаем токарный проходной резец отогнутый правый. Материал рабочей части – пластины - твердый сплав ВК6; материал корпуса резца — сталь 45; сечение корпуса резца 16 ´ 25 мм; длина резца 150 мм.

Из-за отсутствия рекомендаций по выбору геометри­ческих элементов резца в используемом справочнике при­нимаем их по справочнику: форма передней поверх­ности — плоская с фаской, типа II; = 12°; = – 3°; = 10°; = 0°; = 45°; = 45°; = 1 мм.

2. Назначаем режим резания

1. Устанавливаем глубину резания. При снятии припуска за один рабочий ход t = h = 2 мм.

2. Назначаем подачу.

Для параметра шероховатости поверхности Rz = 20 мкм (R_a = 6,3мкм) при обработке чугуна резцом с = 1 мм реко­мендуется = 0,33 мм/об (для = 0,8 мм) и = 0,42 мм/об (для = 1,2 мм).

Принимаем для = 1 мм среднее значение = 0,38 мм/об и, корректируя по паспорту станка, уста­навливаем = 0,35 мм/об.

3. Назначаем период стойкости резца. При одноинструментной обработке Т = 30 ... 60 мин. При­нимаем Т = 60 мин.

4. Определяем скорость главного движения резания (м/мин), допускаемую режущими свойствами резца:

Из таблицы 17 выписываем коэффициент и пока­затели степеней формулы: для наружного продольною точения серого чугуна с НВ 190 при £ 0,4 резцом с пластиной из твердого сплава ВК6 (с последующим учетом поправочных коэффициентов) = 292; = 0,15; = 0,2; m = 0,2.

Учитываем поправочные коэффициенты на скорость:

(табл. 1, с. 261); = 1,25 (табл. 2, с. 262);

;

= 1,0, так как заготовка без литейной корки; = 1,0, так как твердый сплав ВК6; = 1,0, так как = 45°.

Поправочный коэф­фициент на скорость , учитывающий вид токарной обработки — , т. е. наружное продольное точение, поперечное точение или растачивание. Нами используется формула для наружного продольного точения, а по усло­вию примера точение поперечное, поэтому нужно ввести поправочный коэффициент . В справочнике  в табл. 17 приведены значения этих коэффициентов в зависимости от при поперечном точении. При = 0 ... 0,4 = 1,24; при = 0,5 … 0,7 = 1,18; при = 0,8 ... 1 = 1,04. Для заданных условий , поэтому = 1,18.

С учетом всех найденных поправочных коэффициентов

м/мин.

м/мин (≈ 2,52 м/с).

5. Частота вращения шпинделя, соответствующая най­денной скорости главного движения резания:

мин^-1.

Корректируем частоту вращения шпинделя по пас­портным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращения = 400 мин^-1.

6. Действительная скорость главного движения реза­ния:

м/мин (≈ 2,51 м/с).

7. Мощность, затрачиваемая на резание:

кВт,

где — в кгс, а -в м/мин,

Н (с. 271).

Для заданных условий обработки = 92; = 1; = 0,75; = 0.

Учитываем поправочные коэффициенты на силу резания:

; 210 HB (по условию); = 0,4; ; = 1,0, так как = 45°; = 1,0 (там же), так как = 12° (принимаем по графе « = 10°»); = 1,0 (там же), так как = 0°;

Н (≈ 87 кгс).

кВт. В единицах СИ (Вт) , где — в Н, а - в м/с;

Вт кВт.

8. Проверяем, достаточна ли мощность привода станка. У станка 16К20 кВт; ; 2,14 < 7,5, т. е. обработка воз­можна.

9. Основное время

.

Длина рабочего хода (мм) резца . Вре­зание резца у = t ctgφ = 2ctg45° = 2 мм. Перебег резца принимаем равным 2 мм; i = 1;

мм; мин.

Если в справочниках или каталогах станков не указаны все значения частоты вращения шпинделей, величин подач и чисел двойных ходов, то пользуются следующим положением. Числа оборотов в минуту шпинделей металлорежущих станков нормализованы, поэтому полученные расчетным путем значения округляются до ближайших величин, имеющихся в нормальных рядах. Эти ряды распространяются на числа двойных ходов в минуту и на величины подач. Каждый из таких рядов построен по закону геометрической прогрессии. В справочниках по металлорежущим станкам указываются обычно числа n_max и n_min оборотов шпинделей, двойных ходов и подач.

Из определения геометрической прогрессии следует, что

n_max= n_min·φ^m-1,

где m - общее число ступеней скорости соответствующего элемента станка-шпинделя токарного или фрезерного станка, стола продольно-строгального станка и т.д;

φ - знаменатель ряда.

Отсюда можно определить любую из четырех величин-n_max, n_min, φ или m, если известны или выбраны значения всех остальных. Чаще всего необходимо для построения ряда по известным n_max, n_min, и m определить φ. В современных станках чаще всего применяются средние значения зпаменателя ряда φ: 1,26;1,41или 1,58. Из ранее приведенной формулы следует:

φ^mЂ·i>^-1 =  n_max/ n_min.

Значения нормализованных знаменателей рядов φ, возведенные в степени, приведены в приложении 13. Пользуясь таблицей, можно легко определить значение φ на основании заданных в технической характеристике станка n_max, n_min, и m.

Пример 3. Точить цилиндрический валик при заданных условиях, из которых известны размеры дета­ли, припуск на обработку, обрабатываемый материал и его прочность или твердость НВ, шероховатость обрабатываемой поверхности и тип токарного станка, на котором производится обра­ботка.

Исходные данные:

Деталь: Валик

Материал детали: ковкий чугун КЧ35 ГОСТ 1215-79

Диаметр заготовки: мм

Диаметр после обработки: мм

Длина обрабатываемой поверхности: мм

Шероховатость обработанной поверхности: мкм

Твердость материала: 163 НВ.

Способ крепления на станке: в центрах