Что такое режимы резания

Токарная обработка металла – это трудоемкая и востребованная слесарная операция. Для того чтобы обеспечить производительность труда, высокое качество изготавливаемой детали и её низкую стоимость, выполняют расчет режима резания. Из данной статье вы узнаете, как правильно его рассчитывать и какие данные использовать при вычислениях.

Что такое режим резания

Чаще всего под этим термином имеют в виду вычисление глубины, подачи и скорости резания. Это основные параметры, без которых выточить деталь невозможно. Кроме того, также в расчет могут входить припуски на обработку, частота вращения шпинделя, масса заготовки и другие элементы обработки, которые оказывают влияние на условия протекания процесса точения.

Что такое режимы резания

Рассчитать режим резания можно несколькими способами. Первый и самый точный – это аналитический, и он предполагает собой использование эмпирических формул. Второй способ – табличный. Для его осуществления требуется изучение и анализ большого количества информации из различных справочников. Кроме того, для расчета режимов резания также могут быть использованы различные программы. Они значительно упрощают вычисление. Для этого требуется только ввести все известные параметры, и программа сама выполнит расчет.

Для чего необходимо выполнять расчет

Технологический маршрут обработки детали или поверхности включает в себя наименования необходимых операций и состоит из переходов. Для каждого из них необходимо рассчитать режим резания, определить оборудование, на котором будет производиться обработка, выбрать режущий инструмент, сделать чертеж и назначить необходимые размеры. Это необходимо для того, чтобы минимизировать затраты на производство и получить качественную деталь. Так, не выполнив расчет режима резания при точении, можно как сломать режущий инструмент, так и повредить деталь. Все это принесет убытки компании или предприятию, где выполнялась обработка. Выполнив расчет глубины, скорости резания и подачи, токарь с легкостью сможет выполнить свою работу.

Что такое режимы резания

Режущий инструмент при токарной обработке

Токарная работа выполняется на токарных станках при помощи резцов. Их существует огромное множество. Они классифицируются по виду обработки, по материалу, по виду конструкции. Отрезной резец – один из самых популярных. Из названия становится понятным, что он предназначен для отрезания торцов под прямым углом. Еще один наиболее популярный – расточной. Он предназначен для растачивания отверстий. Глубина резания для такого резца равна величине отгиба его рабочей части. Выбор режущего инструмента, прежде всего, зависит от требуемой операции и материала заготовки. Так, например, для чугунных изделий рекомендуется выбирать вольфрамовые резцы (ВК6М,ВК2, ВК3), для ковочных и жаропрочных сталей — титано-тантало-вольфрамовые (ТТ20К9, ТТ8К6, Т14К8). Чаще всего для обработки обычной стали используют инструмент из быстрорежущей стали (Р18,Р9) и с добавлением легирующих элементов (Р18К5Ф2, Р6МЗ, Р18Ф2). Кроме того, возможно применение резцов из углеродистой стали (У10А и У12А), однако следует учитывать, что при нагревании этого материала выше 200 °С он теряет стойкость и становится непригодным для дальнейшей работы. Режимы резания при обработке поверхностей обязательно учитывают режущий инструмент и его материал.

Что такое режимы резания

С чего начать

Прежде чем приступить к расчету режимов резания, необходимо выбрать режущий инструмент и определить, из какого материала выполнена его режущая часть и сама заготовка. Так, для хрупких металлов выбирают наименьшие значения. Кроме того, нужно знать, что при точении деталь нагревается и если скорость резания будет слишком высокая, из-за повышения температуры может деформироваться сама деталь. Далее, определяют вид обработки (черновая, чистовая). Для этих двух операций режим резания существенно отличается. Для чистовой обработки выбирают наименьшие допустимые значения, для получения необходимого класса точности. В зависимости от толщины срезаемого слоя также выбирают и количество проходов, за которые будет обработана поверхность.

Что такое режимы резания

Глубина

Одним из важных элементов режима резания является толщина срезаемого слоя за один проход – глубина. Если выполняется подрезание торца, то за глубину необходимо принимать всю снимаемую поверхность – её диаметр. Как уже было сказано ранее, немаловажным является и количество проходов. Они рассчитываются в зависимости от припусков на обработку. При этом около 60 % уходит на черновую обработку, 20-30 % — на получистовую и на чистовую (последний проход) — 10-20 %. Для цилиндрических поверхностей глубина резания t завит от диаметров детали. Так, расчет выполняют по формуле t = (D — d) / 2. Для плоских деталей, в расчете вместо диаметра используют длину. Для черновой обработки глубина принимается больше 2 мм, при получистовом – 1-2 мм, а при чистовом 0,3-1 мм. В целом, конечно же, этот параметр зависит от необходимого качества получаемой поверхности. Чем меньший класс точности необходим, тем меньшая должна быть глубина резания и тем больше будет проходов.

Подача

Величина перемещения резца за один оборот заготовки именуется подачей. При черновом точении этот параметр выбирается максимально допустимым. При чистовой обработке величина подачи будет зависеть от требуемого квалитета шероховатости. Конечно же, подача зависит и от глубины резания и размера детали. Чем меньше деталь, тем меньшее число необходимо выбрать. Что же касается срезаемого слоя, то чем он больше, тем подача меньше. Для удобства существуют специальные таблицы. В них можно увидеть зависимость величины этого значения от других параметров. Кроме уже вышеописанных элементов, иногда требуется знать размер державки резца, так он также влияет на величину подачи. При выборе этого параметра существуют и определенные исключения. Так, при токарных режимах резания с ударными нагрузками, значение из таблицы необходимо умножить на коэффициент 0,85. А если обрабатывается жаропрочная сталь, то подача не должна превышать 1 мм/об.

Что такое режимы резания

Скорость резания

Еще один важный элемент режимов резания – это скорость. В первую очередь она зависит от выполняемой операции. Например, отрезание торца можно производить на достаточно высокой скорости. Режимы резания при сверлении и точении весьма отличаются. По этой причине перед выполнением расчета необходимо точно знать название слесарной операции, используемый инструмент и материал заготовки. При токарной обработке для вычисления скорости диаметр детали умножают на количество её оборотов в минуту и на π. Полученное число делят на 1000. Как уже говорилось ранее, используя табличный метод можно не выполняя расчет подобрать скорость резания.

Читать также:  Порошковая проволока для сварки алюминия

Проверка режима резания

После того как подача, глубина и скорость резания назначены, их необходимо проверить. Полученные значения не должны превышать те, которые записаны в паспорте станка. В противном случае при точении может быть поврежден не только режущий инструмент, но и сам станок.

Что такое режимы резания

Первый и самый важный показатель, который необходимо проверить, – это мощность двигателя станка и её необходимо вычислить по формуле: P x V / 1000, где Р – это сила резания, а V – уже рассчитанная действительная скорость резания. Теперь полученную мощность необходимо сравнить с допустимой по паспорту станка. Если она не превышает это значение, значит, расчет выполнен верно. Можно приступать к обработке. Если же расчетная мощность больше паспортной, то необходимо корректировать скорость резания, подачу и глубину.

При токарной обработке с заготовки за определенное число проходов снимается лишний металл, называемый припуском. В результате получается изделие заданной формы с требуемыми размерами и классом шероховатости поверхностей. В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.

Что такое режимы резания

Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые — это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.

Основные параметры

Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах — это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:

  • глубина резания;
  • подача и обороты шпинделя;
  • скорость резания.

Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые — это:

  • производительность оборудования;
  • качественные показатели производства;
  • стоимость выпускаемых изделий;
  • износ оборудования;
  • стойкость инструмента;
  • безопасность труда.

Что такое режимы резания

Понятие о режимах резания

Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.

Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.

При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.

Глубина

Припуск — это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.

При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:

где t – глубина резания; D — диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.

При операциях подрезки — это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке — глубина канавки.

Что такое режимы резания

В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.

Подача

Подача при токарной обработке — это длина пути при поперечном перемещении режущей кромки резца, совершаемом ей за единичный оборот шпинделя. Ее измеряют в мм/об, в технологической документации обозначают буквой S и подбирают по технологическим справочникам. Величина подачи зависит от мощности главного привода, значения t, габаритов и физических свойств обрабатываемой заготовки. При точении она рассчитывается по формуле:

Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.

При операции точения подача на токарном станке должна устанавливаться на максимально возможное число, но с учетом технологических параметров станка и применяемого инструмента. При операциях по черновому точению она зависит от мощности главного привода и устойчивости детали. А при чистовом точении основным критерием является заданный класс шероховатость поверхности.

Скорость

Скорость резания при токарной обработке — это суммарная траектория режущей кромки резца за единицу времени. Ее размерность — в м/мин, а в таблицах и расчетах ее обозначают буквой v и подбирают по технологической документации или рассчитывают по формулам. В последнем случае расчет происходит в следующей последовательности:

  • вычисляется величина t;
  • по справочнику выбирается значение S;
  • определяется табличное значение vт;
  • рассчитывается уточненное значение vут (умножением на корректирующие коэффициенты);
  • с учетом скорости вращения шпинделя выбирается фактическое значение vф.
Читать также:  Перекидной рубильник принцип работы

Что такое режимы резания

Этот параметр является одной из основных характеристик производительности металлорежущего оборудования и напрямую влияет на эксплуатационные режимы работы токарного станка, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности.

Выбор режима на практике

Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:

  • снижение точности оборудования в результате износа;
  • отклонения в геометрических размерах и физических характеристиках заготовки.
  • несоответствие характеристик материала расчетным.

Что такое режимы резания

Элементы резания при токарной обработке

Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса — это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:

  • единичное изготовление без операционной карты;
  • определение точности работы токарного оборудования перед запуском партии;
  • работа с неполноценными заготовками (брак и неточность размеров);
  • обточка литейных и кованых заготовок, не прошедших предварительную обдирку;
  • запуск в производство изделий из новых материалов.

При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.

Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки — самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.

Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.

Что такое режимы резания

Обработка нержавейки ведется на повышенных оборотах при уменьшенной подаче. Высокая вязкость этого материала способствует созданию непрерывной вьющейся стружки.

Для решения этой проблемы применяют резцы со стружколомом. Для отвода тепла и смазки обрабатываемой поверхности в рабочую зону подается специальная СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) на основе олеиновой кислоты. Это уменьшает нагрев заготовки и снижает износ резца. В последнее время все чаще применяют современные методы, которые также уменьшают износ инструмента: направление в рабочую зону ультразвуковых волн и подвод к металлу слаботочных импульсов.

Вычисление скорости резания

Время точения металла (tосн, основное время) — самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции — обточки цилиндрической поверхности.

Что такое режимы резания

Основные факторы, влияющие на скорость резания

Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:

где D — диаметр заготовки в мм; n — скорость шпинделя в об/мин.

Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:

На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции.

Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:

где D — диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.

После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ — табличное значение скорости резания.

Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.

Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:

где vут — уточненная скорость резания; K1 — коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 — коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 — коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 — коэффициент, зависящий от материала резца; K5 — коэффициент, зависящий от геометрии обработки.

После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:

Читать также:  Что такое чугун и его виды

Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.

Что такое режимы резания

Формулы для токарной обработки

На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания vф:

Vф напрямую связана с мощностью главного двигателя станка. Поэтому она является основным параметром при выборе конкретного типа токарного станка для обработки требуемой детали.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

7.1. Последовательность расчёта режимов резания

К элементам режимов резания относятся три основные величины:

  • 1. Глубина резания (t) — кратчайшее расстояние между обработанной и обрабатываемой гтоверхностями заготовки, измеряется обычно в миллиметрах.
  • 2. Подача (в) — обеспечивает непрерывность процесса снятия стружки. При точении характеризуется величиной перемещения инструмента за один оборот заготовки и измеряется в мм/об. При сверлении, фрезеровании характеризуется величиной перемещения инструмента за один его оборот, может измеряться как в мм/об, так и в мм/зуб (подача на зуб) или в мм/мин (минутная подача). При строгании характеризуется перемещением за один двойной ход заготовки или инструмента, измеряется в мм/дв.ход.
  • 3. Скорость резания (V). Измеряется обычно в м/мин. В случаях, когда величина скорости резания достигает больших значений, например при шлифовании или полировании, в м/с [6, 40].

При назначении режимов резания обычно учитывают:

  • 1. Метод и характер обработки. Под методами обработки понимают точение, сверление, фрезерование, шлифование и тому подобное, для каждого из которых свойственны различные режимы резания. Под характером обработки понимают черновую, чистовую, получистовую, тонкую или отделочную обработку, для каждой из которых также свойственны различные режимы.
  • 2. Требования к точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей, так как величины режимов резания оказывают на них непосредственное влияние.
  • 3. Тип и состояние оборудования, которые могут ограничивать режимы резания, установленные из условий максимальной производительности, с точки зрения прочностных характеристик их деталей и узлов.
  • 4. Наименование материала и физико-механические свойства заготовки. Разные материалы отличаются способностью обрабатываться резанием в зависимости от их физико-механических свойств, химического состава и т.д. Есть материалы, легко обрабатываемые резанием, например углеродистые стали, и трудно обрабатываемые высоколегированные, жаропрочные стали, вязкие материалы, такие, как медь. Кроме того, в зависимости от способа получения заготовки поверхностный слой может иметь различные дефекты, усложняющие процесс резания, например литейную корку, обезуглеро- женный слой и т.д.
  • 5. Тип и размеры инструмента, материал режущей части, так же, как и тип оборудования, могут ограничивать величины режимов резания. Не все инструментальные материалы позволяют вести обработку на высоких скоростях резания, это связано с большим количеством тепла, выделяемого в процессе резания. Например, твёрдые сплавы позволяют вести обработку на больших скоростях резания по сравнению с быстрорежущими сталями.

Элементы режимов резания принято назначать в следующей последовательности:

  • 1. Первоначально устанавливают глубину резания. При однократной или черновой (предварительной) обработке глубину резания принимают по возможности максимальной, равной всему припуску на обработку или большей его части. Это приводит к сокращению числа рабочих ходов. Ограничивающими факторами являются в данном случае мощность станка и прочность инструмента. При чистовой и окончательной обработке глубина резания назначается в зависимости от требований к точности размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности.
  • 2. Далее назначают подачу. При черновой обработке подачу выбирают максимально возможной исходя из прочности и жёсткости технологической системы, мощности привода станка, прочности режущего инструмента и других ограничивающих факторов. При чистовой обработке подачу выбирают в зависимости от требований к точности размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности. Значения подач принимают, как правило, по справочным таблицам. Однако табличные значения подач сопоставляют с имеющимися на станке и окончательно назначают ближайшую меньшую величину.
  • 3. Рассчитывают скорость резания по эмпирическим формулам [6, 40], выведенным для каждого вида обработки, которые имеют общий вид:

Что такое режимы резания

где Cv — коэффициент; Т — период стойкости инструмента; пг, х, у — показатели степени; Кпи — коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки (табл. 7.1); КHv — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала (табл. 7.2); Kuv — коэффициент, учитывающий качество материала инструмента (табл. 7.3).

4. По расчётным значениям скорости резания определяют необходимую частоту оборотов шпинделя станка, мин -1 :

Что такое режимы резания

или число двойных ходов инструмента (или заготовки) в минуту:

Что такое режимы резания

где d и / — диаметр обрабатываемой поверхности и длина хода инструмента (заготовки), мм.

5. Расчётные значения частоты вращения сравнивают с имеющимися на станке и принимают ближайшее меньшее значение.

6. С учётом скорректированной частоты вращения шпинделя окончательно устанавливают действительную скорость резания: Что такое режимы резания

  • 7. Если режимы резания назначаются на черновую обработку, которой свойственны большие значения глубины резания, подачи, а следовательно, и силы резания, то проводят проверку по мощности привода. Исходя из действительной скорости резания, вычисляют действительную силу резания и мощность резания, а затем сравнивают её с мощностью привода станка. Если мощность привода оказывается меньше требуемой, то производят корректировку назначенных режимов.
  • 8. Если режимы резания назначаются на чистовую обработку, то в отдельных случаях может быть проведена проверка обеспечения заданной шероховатости поверхности. Проверка проводится по эмпирическим формулам в зависимости от метода обработки.

В таблицах 7.1-7.3 приведены значения коэффициентов, участвующих в формуле (7.1): в таблице 7.1 — поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки (с дефектным слоем или без него); в таблице 7.2 — поправочный коэффициент, учитывающий влияние физикомеханических свойств обрабатываемого материала (временное сопротивление, твёрдость); в таблице 7.3 — поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала.

Поправочный коэффициент КП1., учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *