2876

Резание материалов

Книга

Производство и промышленные технологии

Изучение геометрии токарного резца Цель работы. Изучение типов токарных резцов, их основных элементов и геометрических параметров. Приобретение навыков измерения геометрических параметров резцов и ознакомление с измерительными приборами...

Русский

2012-10-20

2.33 MB

145 чел.

Работа 1. Изучение геометрии токарного резца

Цель работы. Изучение типов токарных резцов, их основных элементов и геометрических параметров.

Приобретение навыков измерения геометрических параметров резцов и ознакомление с измерительными приборами.

Общие сведения

Наиболее распространенным и простым режущим инструментом является резец. Резцы применяются для токарных, строгальных в долбежных работ. Работы, выполняемые токарными резцами, разнообразны, поэтому разнообразна и их конструкция. Общими для всех типов резцов являются головка 1, т.е. рабочая часть резца, и стержень 2, служащий для закрепления резца на станке (рис.1).

Рис. 1. Токарный резец: 1 – головка, 2 – державка

Движения и поверхности при точении. Точение осуществляется с помощью двух рабочих движений, одно из которых вращательное, второе – поступательное. Вращательное движение является главным движения резания и осуществляется вращением обрабатываемой детали. Поступательное движение является вспомогательным и осуществляется подачей резца. На обрабатываемой детали различают следующие поверхности (рис.2): 3 – обрабатываемая, т.е. поверхность, с которой снимается стружка; 4 – поверхность резания, образуемая на детали непосредственно режущей кромкой, т.е. переходная между поверхностями 1 и 5; 5 - обработанная, т.е. поверхность, образующаяся в результате снятия стружки.

Рис. 2. Координатные плоскости резца и поверхности на обрабатываемой детали: 1 – основная плоскость, 2 – плоскость резания, 3 – рабочая плоскость, 4 – главная секущая плоскость, 5 – обрабатываемая поверхность, 6 – поверхность резания, 7 – обработанная поверхность.

Плоскости ориентации резца в пространстве (координатные плоскости). Геометрические параметры резца рассматриваются статически как параметры некоторого геометрического тела и кинематически – в процессе резания. В данной лабораторной работе углы резца рассматриваются в статике. Для определения статических углов резца введена система координатных (базовых) плоскостей (см.рис.2): основная плоскость 1 – это плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам, т.е. опорная, на которую устанавливается резец; плоскость резания 2 – это плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

При рассмотрении резца в статике следует дать определение плоскости резания как плоскости, проходящей через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости. Главная секущая плоскость 4 (рис.2) – это плоскость, проходящая перпендикулярно проекции главной режущей кромки на основную; вспомогательная ceкущая плоскость – плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки на основную.

Рис. 3. Геометрические параметры резца

Элементы режущей части токарного резца. Совокупность всех конструктивных элементов (углов резания, форм режущих кромок, передней и задних поверхностей, радиуса сопряжения режущих кромок и др.), позволяющих обеспечить процесс резания, называется геометрией рабочей частя резца. Правильно выбранная геометрия позволяет обеспечить высокопроизводительную обработку, поэтому ее необходимо знать и правильно назначать. Головка резца ограничена тремя поверхностями (рис.4): передней 1, задней главной 3 и задней вспомогательной 5. Передняя поверхность это поверхность, по которой сходит стружка. Главная и вспомогательная задние поверхности – это поверхности резца, обращенные к обрабатываемой детали.

Рис. 4. Рабочие поверхности и режущие кромки резца: 1 – передняя поверхность, 2 – главная режущая кромка, 3 – главная задняя поверхность, 4 – вершина резца, 5 – вспомогательная задняя поверхность, 6 – вспомогательная режущая кромка.

В результате пересечения этих поверхностей образуются режущие кромки, производящие процесс резания. Пересечением передней и главной задней поверхностей образуется главная режущая кромка 2, от пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей образуется вспомогательная режущая кромка 6. Главная и вспомогательная режущие кромки, пересекаясь, образуют точку 4, называемую вершиной резца.

Геометрические параметры токарного резца в статике. Геометрия резцов определяется углами в главной и вспомогательной секущих плоскостях и углами в плане (рис.3). Углы, измеряемые в главной секущей плоскости, называются главными углами резца. Передний угол γ , заключенный между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку, является одним из основных факторов, влияющих на процесс стружкообразования (если передняя поверхность – возвышается над главной режущей кромкой, то γ  отрицательный. Главный задниц угол α, заключенный между главной задней поверхностью и плоскостью резания, служит для уменьшения трения между главной задней поверхностью резца и поверхностью резания. Угол резания δ заключен между передней поверхностью и плоскостью резания. Угол заострения β заключен между передней и главной задней поверхностями резца. Углы во вспомогательном секущей плоскости называются вспомогательными. К ним относится:

γ1 – вспомогательный передний угол, заключенный между передней поверхностью резца и плоскостью, параллельной основной; α1 – вспомогательный задний. угол, заключенный между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости.

Рис. 5. Угол наклона главной режущей кромки резца

Кроме углов, рассматриваемых в главной и вспомогательной секущих плоскостях, рассматриваются углы в плане: φ главный угол в плане, заключенный между проекцией глинной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи S; вспомогательный угол в плане φ1, заключенный между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и обратным направлением подачи S; ε – угол при вершине резца в плане, заключенный между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость; λ – угол наклона главной режущей кромки, заключенный между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Угол наклона главной режущей кромки λ считается положительным, когда вершина резца является наинизшей точкой режущей кромки, отрицательным – когда вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки, и ну левым – когда главная режущая кромка параллельна основной плоскости (рис.5). Угол λ влияет на направление схода стружки и ее завивание.

Измерение статических углов токарного резца. Для измерения углов резин в статике применяют различные по конструкции и назначений угломеры. В процессе выполнения лабораторной работы необходимо научиться измерять передний угол, главный и вспомогательный задние углы и угол наклона главной режущей кромки резцов с помощью маятникого угломера конструкции МИЗ. Углы резания δ и заострения β при работе с таким угломером не измеряются, а вычисляются с помощью следующих соотношений:

δ = 900 – γ; β = 900 – (α + γ)

Углы в плане φ и φ1 можно измерить с помощью универсального угломера Семенова, а угол ε вычисляется из соотношения:

φ + φ1 + ε = 1800

Перечисленные угломеры относятся к типу приборов, работающих контактным методом с отсчетом результатов измерений по градусной шкале.

Порядок выполнения работы:

1. Получить резцы и приборы у лаборанта.

2. Изучить элементы и геометрические параметры нескольких типов токарных резцов.

3. Начертить эскизы токарных резцов с указанием всех необходимых сечений и геометрических параметров в буквенном обозначении.

4. Изучить конструкцию маятникого и универсального угломеров.

5. Измерить главные и вспомогательные углы резца, данного преподавателем, и написать их в таблицу. Каждый параметр измерять три раза.

Содержание и форма отчета:

1. Эскизы резцов с необходимыми сечениями и буквенными обозначениями всех углов.

2. Таблицы с замерами и вычислениями всех углов одного резца.

Работа 2. Изучение геометрии фрез

Цель работы. Изучение типов фрез, их основных конструктивных элементов и геометрических параметров.

Приобретение навыков измерения геометрических параметров резцов и ознакомление с измерительными приборами.

Общие сведения

Движения и поверхности при фрезеровании. Фрезы - это многозубые лезвийные инструменты, применяемые для обработки плоских и фасонных поверхностей.

Снятие стружки при фрезеровании, так же как и при точении, осуществляется в результате сочетания двух движений; главного и вспомогательного. Главное движение (движение резания,) осуществляется вращением фрезы, вспомогательное – подачей, т.е. поступательным перемещением обрабатываемого изделия (рис.6 ). Если подача в точке А направлена навстречу главному движению (рис. 6), то фрезерование называется встречным, если, наоборот, подача происходит в том же направлении, что и главное движение, то фрезерование именуется попутным. Поверхности обрабатываемого изделия, так же как при точении, подразделяются на обрабатываемую 3, обработанную 2 и поверхность резания 1 (рис.6).

Рис. 6. Виды фрезерования: а – цилиндрическое; б – торцовое;

1 – поверхность резания; 2 – обработанная поверхность; 3 – обрабатываемая поверхность

Элементы режима резания. При указанных двух движениях зубья фрезы (режущие лезвия) последовательно один за другим срезают тонкие слои металла. Это происходит следующим образом: при повороте фрезы на 1/z оборота ( zчисло зубьев фрезы) изделие перемещается на величину Sz, называемую подачей на зуб (рис. 6). Следующий зуб фрезы, вступая в работу в точке А (а при дальнейшем своем движении в пределах дуги АК), также срезает тонкий слой металла в виде запятой. Чем больше подача на один зуб фрезы Sz, тем больше толщина срезаемого слоя.

За полный оборот фрезы изделие перемещается на величину So = Sz · z , называемую подачей на один оборот фрезы. Каждый последующий зуб фрезы срезает такой же слой металла, как и предыдущий. За одну минуту срезается слой металла толщиной, равный минутной подаче: SM = Sz · z · n где n – частота вращения фрезы. Скорость главного движения является скоростью резания и подсчитывается по формуле:

, м/мин

где D - диаметр фрезы.

Площадь поперечного сечения срезаемого слоя f вычисляется по формуле

f = a · b, мм2

где a – толщина, а b – ширина срезаемого слоя.

Ширина срезаемого слоя b при фрезеровании равна длине соприкосновения зуба с поверхностью резания. Например, для прямозубой цилиндрической фрезы ширина срезаемого слоя равна ширине фрезеруемой поверхности В (рис.6). Толщина срезаемого слоя измеряется в направлении радиуса фрезы и в каждой точке имеет переменную величину. Наибольшая толщина срезаемого слоя будет иметь место при глубине резания t, равной величине припуска h и может быть определена из выражения , мм

Поскольку толщина среза – величина переменная, то и площадь f поперечного сечения срезаемого слоя также является переменной величиной. В отличие от точения при фрезеровании под глубиной резания понимается величина снимаемого слоя металла за один проход, измеримая перпендикулярно направлению подачи и оси вращения фрезы.

Рис. 7. Типы фрез и их геометрические параметры

Типы фрез и их геометрические параметры. В машиностроении наибольшее распространение получили следующие типы фрез (рис.7):

  •  цилиндрическая (а);
  •  дисковая и пазовая(б);
  •  концевые (в);
  •  торцовая (г, д);
  •  фасонная (е);
  •  прорезная (ж).

Если у дисковой фрезы имеются зубья на цилиндрической поверхности и на одной (или обеих) торцевой поверхности, то такие фрезы называются дисковыми двух- и трехсторонними. Прорезные или шлицевые и отрезные фрезы имеют зубья только на цилиндрической поверхности. В отличие от других фрез они имеют большое количество зубьев. Фасонные фрезы имеют весьма разнообразную форму с выпуклым или вогнутым профилем.

Фрезы бывают с прямыми, наклонными и винтовыми зубьями. Форма главной задней поверхности зуба может быть остроконечной и затылованной (последняя присуща фасонным фрезам). По способу крепления на станке различают фрезы цельные и насадные.

Несмотря на большое разнообразие конструктивных форм, режущая часть любой фрезы имеет все элементы, присущие резцу (рис.8):

Рис. 8. Торцовая фреза: 1 - главная режущая кромка;

2 -передняя поверхность; 3 – переходная кромка; 4 - вспомогательная режущая кромка; 5 - вспомогательная задняя поверхность; 6 - главная задняя поверхность.

Правда некоторые элементы режущей части фрез конструктивно оформлены по другому (например, переходная режущая кромка торцевой фрезы выполнена не по радиусу, а в виде прямолинейной фаски), однако изгоняется только внешняя форма, а их роль в процессе резания остается без изменений.

Рис. 9. Геометрические параметры режущей части цилиндрической фрезы

Все понятия базовых плоскостей и углов, установленные для резца, справедливы для зуба фрезы (рис.9). Наибольшее распространение получили цилиндрические фрезы. С целью упрочнения зуба и обеспечения достаточного объема для размещения стружки у цилиндрических фрез главная задняя поверхность выполнена в виде узкой полоски (спинка зуба), связанной с передней поверхностью соседнего зуба. Особенностями геометрии фрез являются дополнительные параметры: z – число зубьев или число главных режущих кромок; tокр = π·D/z – окружной шаг (если зубья фрезы расположены равномерно); ψ = 3600/z – центральный угол (угол контакта), соответствующий дуге окружного шага; h – высота зуба. Для фрез с наклонным и винтовым зубом добавляется еще угол ω наклона зуба, соответствующий углу λ наклона главной режущей кромки резца, осевой tо и нормальный tN шаги:

;

Основная плоскость является осевой, так как она проходит через ось фрезы. Для упрощения процесса измерения главные углы зубьев цилиндрической фрезы измеряются в плоскости, перпендикулярной оси фрезы. Переход от углов в торцевой плоскости к углам, расположенным в плоскости NN нормальной к главной режущей кромке зуба фрезы (рис.9), осуществляется с помощью формул

tgγN = tgγ · cosω; tgαN =  

Главной угол в плане φ у цилиндрических является величиной постоянной и равной 900, так как направление подачи всегда перпендикулярно оси фрезы, а проекция главной режущей кромки на основную (осевую) плоскость параллельна оси фрезы. Вспомогательный угол в плане φ1 имеется только у торцовых фрез.

Рис. 10. Геометрические параметры режущей части торцовой фрезы

Измерение углов цилиндрических фрез. Для измерения главных углов цилиндрических фрез применяется специальный угломер, изготовляемый Московским инструментальным заводом. Схема измерения таким угломером главного заднего угла зуба цилиндрической фрезы приведена на рис.11а.

Рис. 11. Измерение геометрических параметров цилиндрической фрезы

Сектор 2 градусной шкалой передвигается по дуге 1 и может быть закреплен на ней прижимом 3. На дуге 1 имеется неравномерная шкала чисел зубьев z от 3 до 60. К правому концу дуги 1 плена винтом 4 подвижная опорная линейка 5. На секторе 2 имеется планка 6 с выдвижным ножом 7. Для измерения главного заднего угла угломер накладывается на фрезу в плоскости ее поперечного сечения так, чтобы ножевая планка 6 совместилась с главной задней поверхностью зуба, а подвижная линейка 5 - с вершиной соседнего зуба. Планка 6 затягивается винтом 8, а сектор 2 -прижимом 3. После проверки правильности установки угломера на градусной шкале напротив числа зубьев измеряемой фрезы можно прочесть величину искомого главного заднего угла. Аналогично измеряется передний угол γ, но при этом не планка 6, а выдвижной нож 7 совмещается с передней поверхностью измеряемого угла (рис.11б). Для измерения угла ω наклона винтовой линии зуба (угла λ наклона главной режущей кромки) фреза прокатывается по копировальной бумаге, положенной на чистый лист. Отмечая на отпечатках след торцовой плоскости фрезы и восстанавливая перпендикуляр к этому следу, получим направление оси фрезы. Угол между осью фрезы и отпечатком главной режущей кромки, измеренный транспортиром, является искомым углом ω(λ). Измерить ω можно и универсальным угломером для резцов. Если фреза цилиндрическая торцевая, то следует с помощью угломеров для резцов замерить вспомогательные углы: задний α1 и угол в плане φ1.

Измерение углов зуба дисковой модульной фрезы. Отличительной особенностью модульных фрез является затылованная форма задней поверхности зуба. Затылование производится с целью сохранении неизменным первоначального фасонного очертания режущей кромки и заднего угла при переточках фрезы. Обычно задняя поверхность модульных фрез затылуется по спирали Архимеда. Выполняется затылование на специальных станках и требует значительных затрат. Поэтому фрезы с затылованными зубьями применяются только там, где без них нельзя обойтись, т.е. для фасонного фрезерования.

Измерение переднего угла γ модульных фрез производится специальным угломером для фрез аналогично схеме, приведенной на рис.11б. Так как главная задняя поверхность модульной фрезы криволинейна, то для измерения главного заднего угла необходимо измерить "падение затылка" измеряемого зуба. Для этого фреза устанавливается на оправку 5 специального прибора так, чтобы основная (осевая) плоскость, проходящая через вершину рассматривавшего зуба, располагалась параллельно станине прибора (рис.12.). Положение оправки фиксируется винтом 4. Измерительный наконечник индикатора, подведенный к вершине измеряемого зуба, устанавливается с натягом 1 мм на нуль. Одновременно на нуль устанавливается градусная шкала 2, нанесенная на втулке 1, которая закрепляется винтом 3. При повороте фрезы вместе с оправкой с оправкой на определенно число градусов фиксируются показания индикатора.

Для получения надежных результатов процесс измерения повторяется три раза и находится средняя величина "падения затылка" рассматриваемого зуба. Отношение средней величины "падения затылка" к величине дуги поворота будет тангенсом угла α.

Рис. 12. Измерение геометрических параметров дисковой модульной фрезы

Порядок выполнения работы:

1.Получить фрезы и приборы у лаборанта.

2.Охарактеризовать фрезы но конструкции, способу крепления на станке, форме задней поверхности зуба и по назначению.

3.Измерить диаметр и подсчитать число зубьев фрезы.

4.Начертить эскизы фрез с указанием всех необходимых сечений и геометрических параметров в буквенном обозначении.

5.Произвести измерения фрез и записать их в таблицу. Измерять каждый геометрический параметр три раза.

6. Измерить радиальное биение.

7. Измерить "падение затылка" дисковой модульной фрезы и рассчитать величину главного заднего угла на вершине зуб αв.

Содержание и форма отчета:

1. Характеристика фрез.

2. Эскизы фрез с необходимыми сечениями и буквенным обозначением всех углов.

3. Таблицы с замерами всех геометрических параметров фрез.

Работа 3. Изучение формы типоразмеров и характеристик

абразивных кругов.

 Цель работы: Практическое ознакомление с формой, типоразмерами и маркировкой характеристик шлифовальных кругов.

Общие сведения

Процессы шлифования широко используются в качестве чистовых и отделочных при обработке наружных и внутренних цилиндрических, конических, плоских и фасонных поверхностей. Наиболее экономичным методом получения поверхностей о точностью размеров по б...7 квалитетам с шероховатостью Ra = 0,08…0,32 мкм во многих случаях является шлифование. Одним из видов режущего инструмента при шлифовании являются абразивные шлифовальные круги, геометрию которых определяет их форма и типоразмеры.

Типы и основные размеры шлифовальных кругов определяются ГОСТом 2424-83, который регламентирует выпуск 14 профилей шлифовальных кругов.

Некоторые наиболее часто встречающиеся формы шлифовальных кругов приведены в табл.1.

Таблица 1. Примеры профилей шлифовальных кругов

Форма

Условное обозначение

Профиль

Плоские прямого профиля

ПП

Дисковые

Д

Чашечные цилиндрические

ЧЦ

Чашечные конические

ЧК

Тарельчатые

Т

Основными размерами шлифовального круга являются: диаметр – D, высота – Н, внутренний диаметр – d.

Размеры шлифовальных кругов, согласно ГОСТ 2424, колеблются в достаточно широких пределах: наружные диаметры D = 3...1600 мм; высота H = 6...250 мм. Для наружного шлифования наиболее распространены круги с D = 200...400 мм и Н = 10…40 мм.

Шлифовальный круг представляет собой многолезвийный режущий инструмент. Роль режущих элементов в нем играют абразивные зерна, представляющие собой частицы различных весьма твердых абразивных материалов неправильной формы. Эти зерна скреплены между собой в единое самостоятельное изделие вспомогательным связующим веществом, называемым связкой круга. Технология изготовления абразивных кругов всегда обеспечивает наличие в нем воздушных пор. Это значит, что объем любого абразивного инструмента состоит из объемов, занимаемых абразивными зернами Va связкой Vc и порами Vn :

V = Va + Vc + Vn

Шлифовальные круги имеют следующие гостированные характеристики: форму, размеры, материал абразивных зерен, их размеры (зернистость), твердость круга, структуру круга, материал связки.

Материалы абразивных зерен. Наиболее распространенные абразивные материалы представлены в табл.2. Они делятся па три группу: сверхтвердые синтетические (эльбор, алмаз), карбидные (карбид кремния) и корундовые (электро- и монокорунд).

Таблица 2. Характеристика основных абразивных материалов

Материал

Обозначение по ГОСТ

Происхождение

Микротвердость,

МПа

Плотность, кг/м3

Алмаз

А, АМ, АН

Природный

8600…10060

до 3,5

АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС

Синтетический

5300…9600

2,45…3,50

Эльбор

ЛО, ЛП

-"-

8000…10000

3,45

Карбид кремния:

зеленый

черный

64С, 63С

55С, 54С, 53С

-"-

3300…3600

3300…3600

3,22

3,15

Электрокорунд:

нормальный

белый

хромистый

титанистый

16А, 15А, 14А, 13А, 12А

25А, 24А, 23А, 22А

38А, 36А, 35А, 34А

37А

-"-

1900…2000

2000…2100

2000…2200

2200…2300

3,90

3,95

3,95

3,95

Монокорунд

45А, 44А, 43А

-"-

2300…2400

Зернистость. Размеры зерен абразивных материалов обозначаются номерами зернистостей. В зависимости от величины различают три группы зернистости (табл. 3)

Указанное обозначение номера зернистости является единым и одинаковым для всех абразивных материалов, за исключением синтетических алмазов.

Кроме условных обозначений абразивных материалов введены условные обозначения свойств самого абразивного материала (содержание основной фракции, прочность зерна, и т.д.). Например, эльбор обычной прочности обозначается ЛО, а повышенной прочности – ЛП. Зерно №16 эльбора обычной прочности маркируется соответственно Л016, о повышенной прочности – ЛП16. Аналогичным образом маркируется и шлифовальное зерно синтетических алмазов.

Таблица 3. Зернистость и размеры абразивных зерен

Шлифзерно

Шлифпорошки

Микропорошки

Зернистость

Размеры

зерен, мм

Зернистость

Размеры зерен, мм

Зернистость

Размеры зерен, мм

200

2,50…2,00

12

0,16…0,12

М40

40…28

160

2,00…1,60

10

0.12…0,10

М28

28…20

125

1,60…1,25

8

0,10…0,08

М20

20…14

100

1,25…1,00

6

0,08…0,06

М14

14…10

80

1,00…0,80

5

0,06…0,05

MIO

10… 7

63

0,80…0,63

4

0,05…0,04

M7

7… 5

50

0,63…0,50

M5

5…3

40

0.50…0.40

32

0,40…0,32

25

0,32…0.25

20

0,25…0,20

16

0.20…0,16

Твердость абразивного инструмента. Абразивные круги характеризуются твердостью, т.е. сопротивляемостью связки вырыванию абразивных зерен с поверхности круга. Шкала твердости абразивного инструмента приведена в табл.4

Необходимо учитывать, что твердость абразивного инструмента не является твердостью зёрен. Из весьма твердых зерен можно приготовить мягкий круг и наоборот

Структура круга. Степень сближения зерен характеризуется понятием структуры круга, т.е. объемным соотношением зерен, связки и пор. В настоящее время все структуры шлифовальных кругов подразделяются на 18 групп, из которых наибольшее распространение получили 12. Структура абразивного инструмента обозначается цифрами:

  •  закрытая (плотная) ........ I, 2, 3
  •  средняя ...... .....………... 4, 5, б, 7, 8
  •  открытая. . . ... ....... ……..9, 10, I.1, 12

Шлифовальные круги с плотной структурой используется на доводочных операциях. Круги со структурой №4 содержат крупные абразивные зерна и применяются для предварительного шлифования. Шлифовальные круги со структурами №5 и №6 имеют менее крупные зерна и применяются для чистового шлифования, а шлифовальные круги со структурами №7 и №8 применяются для обработки вязких материалов и финишного шлифования. Круги открытой структуры используются для шлифования металлов при высоких режимах резания.

Таблица 4. Условное обозначение твердости абразивного инструмента

Условное обозначение твердости абразивного инструмента и его расшифровка

Условное обозначение степени твердости

абразивного инструмента на связках

керамической и бакелитовой

вулканитовой

ЧМ – чрезвычайно мягкий

ЧМ

ВМ – весьма мягкий

ВМ1, ВМ2

М – мягкий

М1, М2, М3

СМ – среднемягкий

СМ1, СМ2

СМ

С – средний

С1, С2

С

СТ – среднетвердый

СТ1, СТ2, СТ3

СТ

Т – твердый

Т1, Т2

Т

ВТ – весьма твердый

ВТ1, ВТ2

ЧТ – чрезвычайно твердый

ЧТ1, ЧТ2, ЧТ3, ЧТ4, ЧТ5, ЧТ6, ЧТ7, ЧТ8, ЧТ9, ЧТ10

Связка абразивных кругов. Для придания шлифовальным кругам необходимой формы и размеров в состав кругов входят связывающие вещества, которые используются для закрепления зерен в инструменте. Связки бывают неорганические (керамические.), органические (бакелитовые, вулканитовые, глифталевые.) и металлические. В некоторых случаях применяют композиции материалов связок: металлоорганические, металлокерамические. Наиболее распространенные виды связок приведены в таб.5.

В зависимости от содержания различных компонентов, шлифовальные круги с электрокорундовыми зернами зернистостью I25...I6 изготовляют на связке К8, мелкозернистые шлифовальные круги (зернистость 12...4) - на связке К7, круги, содержание зёрна из белого электрокорунда - на связке К1 и на борсодержащей связке К5, что позволяет получить повышенную износостойкость кромок и профиля круга.

Шлифовальные круги, содержащие абразивные зерна из карбида кремния зернистостью 50...16, изготовляются на связке КЗ, а мелкозернистые круги зернистостью I2...4 – на связке К2.

Шлифовальные круги на керамической связке (KI...K8) влаго- и температуроустойчивы, но отличаются хрупкостью и не допускают работу с ударными нагрузками.

 Классы точности изготовления шлифовальных кругов. Круги изготавливаются классов точности: АА, А и Б .

Зерновой состав шлифовальных материалов должен соответствовать классу по ГОСТ 3647. Классы неуравновешенности по ГОСТ 3060:

  •  1 – для кругов класса точности АА;
  •  1 и 2 – для кругов класса точности А;
  •  1, 2, 3 – для кругов класса точности Б.

Таблица 5. Виды связок

Вид связки

Условное обозначение связки

Разновидность связки

Маркировка разновидности связки

Керамическая

(неорганическая)

К

К1…К8

Бакелитовая

(органическая)

Б

Пульвербакелит с крилитом

Пульвербакелит с другими наполнителями

Бакелит жидкий

Специальная ГБ

Связка для кругов, армированных стеклосеткой

Б

Б1

Б2

Б3

БУ

Вулканитовая

(органическая)

В

Натрий-бутадиеновая,

изготавливаемая на

вальцах

Специальная СК

Специальная СКН

Связка для инструментов, изготавливаемых

прессованием

В

В1

В2

В3

Глифталевая

(органическая)

ГФ

ГФ

Металлическая

М

М1, М5

Выбор рабочих скоростей. Рабочие скорости регламентируются формой и механической прочностью кругов и определяются в соответствии с табл.6.

Таблица 6.

Тип круга

Рабочая скорость, м/с

ПП

30, 35, 40, 50, 60, 80,

Д

25, 30, 35

ЧЦ, ЧК, Т

20, 25, 30

Прочие круги

15, 25, 30, 35, 50

Маркировка кругов. При маркировке круга указывается его полная характеристика, например:

ПП 500х50х305 24А 10-П С2 7 К5 35 м/с 1 кл.A

  •  ПП - тип круга (круг прямого профиля);
  •  500 - наружный диаметр D , мм;
  •  50 - высота Н, мм;
  •  305 - диаметр посадочного отверстия, d, мм;
  •  24А - абразивный материал (электрокорунд белый);
  •  10-П - номер зернистости (минимальный) размер зерна 100 мкм.*;
  •  С2 - твердость (средний);
  •  7 - номер структуры (средняя);
  •  К5 - вид связки (керамическая 5);
  •  35 м/с - допустимая скорость круга в м/с;
  •  А - класс точности;
  •   I кл.- класс неуравновешенности.

Порядок выполнения работы:

1. Получить шлифовальные круги у лаборанта.

2. Охарактеризовать полученные круги.

Содержание и форма отчета:

1. Характеристика кругов.

2. Эскиз круга заданной формы с простановкой размеров и с полной маркировкой.


Работа 4. Влияние параметров режима резания на среднюю

температуру резания при точении.

Цель работы. Ознакомиться с тепловыми явлениями, сопровождающими процесс резания. Изучить методики экспериментального определения температуры резания. Провести экспериментальные исследований для выявления влияния параметров режима резания на температуру резания.

Общие сведения

Изучение тепловых явлений – одна из важнейших задач науки о резании. От температуры, возникающей в зоне резания, существенно зависит износ и стойкость инструмента, качество и точность обработанной поверхности. Повышение температуры происходит в результате превращения в тепло большей части затрачиваемой в процессе резания механической энергии. Работа, затрачиваемая на резание, определяется по формуле:

А = Аупр + Апл + Атр + Ад,

где Аупр – работа, затраченная на упругую деформацию;

Апл – работа, затраченная на пластическую деформацию;

Атр = Апп + Азп – работа, затраченная на трение по передней Aпп и задней Азп поверхностям инструмента;

Ад – работа, затраченная на диспергирование (связанная с образованием

новой поверхности).

Составляющие Аупр и Ад по своей величине незначительны, и практически почти вся работа, затрачиваемая на пластическое деформирование и трение, переходит в тепло. Общее количество тепла, выделяющегося при резании, можно определить по формуле:

PZ ·V· K = Q1 + Q2 + Q3

где К – 0,8...О,95 - коэффициент, зависящий от условий обработки;

Q1 – тепло, выделяющееся в результате пластической деформации;

Q2 – тепло, выделяющееся в результате трения стружки о переднюю грань резца;

Q3 – тепло, выделяющееся в результате трения поверхности резания о заднюю поверхность резца;

V – скорость резания.

Как общее количество тепла, так и количественное соотношение его составляющих зависят от физико-механических свойств обрабатываемого материала, элементов режима резания и геометрии инструмента. В результате теплопередачи весь объем тепла, выделяющегося при резании, распределяется между стружкой, деталью, инструментом и окружающей технологической средой. Это распределение во многом зависит от толщины среза и скорости резания, при увеличении которых доля тепла, идущая в стружку, возрастает. Со стороны стружки и детали интенсивность теплоотвода и средняя температура в зоне резания будут меняться во времени. Это происходит потому, что в процессе тепловыделения и теплопередачи принимают участие непрерывно сменяющиеся объемы. Со стороны инструмента в течение всего периода резания принимают участие одни и те же объемы, поэтому в резце через некоторый промежуток времени после начала резания устанавливается относительно стационарный тепловой процесс, не зависящий от времени. Непосредственное влияние на интенсивность трения и износа инструмента оказывает температура трущихся поверхностей резца. По длине контакта поверхностей резца со стружкой и поверхностью резания температура переменна. Экспериментально определить температуру в отдельных точках контакта очень сложно, поэтому обычно определяется средняя температура. Для экспериментального определения средней температуры существуют многочисленные методы измерения, которые можно разделить на два рода: косвенной оценки и непосредственного измерения. К. косвенным относятся методы оценки температур по цветам побежалости стружки, по зафиксированным изменениям физического состояния поверхностных слоев обрабатываемого металла (фазовые и структурные превращения) и метод термокрасок. Непосредственное измерение чаще всего осуществляется методом термопар, которые имеют три разновидности; естественные, искусственные и полуискусственные (рис.13).

Рис. 13. Схемы измерения температуры резания:

а) методом искусственной термопары, б) методом полуикусственной термопары, в) методом естественной термопары

Кроме того, непосредственное измерение температуры может быть осуществлено оптическим (рис.14) и радиационным методами.

Рис. 14. Оптический метод измерения температуры резания при точении:

а) прозрачным (1 – специальный резец, 2 – прихват, 3 – режущая пластина,

4 – объектив, 5 – подвижное зеркало, 6 – корпус, 7 – фотоэлемент, 8 – сетка, 9 – окуляр); б) непрозрачным инструментом (1 – специальный резец, 2 – режущая пластина, 3 – объектив, 4 – подвижное зеркало, 5 – фотоэлемент,

6 – сетка, 7 –окуляр, 8 – корпус)

Каждому методу измерения температуры присущи свои достоинства и недостатки. В данной лабораторной работе используется метод естественной термопары (рис.13 в).

Методом естественной термопары измеряется среднюю температура контакта резца с поверхностью резания и стружкой. Это происходит потому, что по площадям контакта температура в отдельных точках переменна и милливольтметр фиксирует величину электродвижущей силы, соответствующую не максимальной, в усредненной температуре, называемой температурой резания.

Метод естественной термопары основан на том, что резец, стружка и деталь, находясь в непрерывном контакте, представляют собой термоэлемент. Горячим спаем этого термоэлемента является поверхность контакта резца с деталыо и сходящей стружкой. С изменением условий резания температура в зоне контакта меняется, что вызывает изменение электродвижущей силы (ЭДС), генерируемой в термоэлементе. Если свободные концы электродов (резца и детали) замкнуть электрическим проводником, то по цепи пойдет электрический ток, который, можно зафиксировать гальванометром. Отклонение стрелки гальванометра будет тем больше, чем больше разность температур нагретого спая и холодных концов электродов. На рис.13в представлена схема измерения температуры резания методом естественной термопары. Гальванометр 8 присоединяется гибкими проводами к резцу 6 и токосъемнику 2. Для замыкания контакта с деталью в заготовку ввинчивается стержень 1. При этом, если обрабатываемую деталь рассматривать вместе со станком как электрод, можно ограничиться изоляцией только резца от суппорта станка. Но тогда между обрабатываемой деталью и задним центром возникает "паразитная" термопара, которая искажает показания гальванометра. Для учебных целей этой погрешностью можно пренебречь, но лучше избегать ее, изолируя обрабатываемую деталь от станка диэлектрическими втулкой 3 и прокладкой 4. Резец, изолированный от резцедержателя текстолитовыми прокладками 7, берется из однородного материала, так как из-за разности материалов в процессе работы возникает также "паразитная" термопара. Чтобы выразить температуру резания в градусах, необходимо воспользоваться тарировочными графиками, отражающими зависимость между показаниями гальванометра и соответствуют ими значениями температуры резания:

mV = f·Q, 0с

Методика проведения экспериментов и обработка результатов. Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что во многих практически важных случаях средняя температура Q в зоне резания удовлетворительно описывается уравнением вида:

Q = CQ·

где CQ – постоянный коэффициент, зависящий, от свойств обрабатываемого материала, геометрии, и материала режущей части инструмента, наличия и вида охлаждения, диаметра обработки и других факторов;

XQ, YQ, ZQ – показатели, определяющие степень влияния на температуру элементов режима резания.

Следовательно, чтобы представить эту температурную зависимость в виде определенной функции, необходимо найти величины показателей степеней XQ, YQ, ZQ и коэффициент CQ. Их можно найти следующим образом.

Проводятся три серии опытов:

Q = f(V) при S и t = const,

Q = f(S) при V и t = const,

Q = f(t) при S и V = const

Рекомендуется каждый опыт повторять дважды, причем сначала менять исследуемый параметр от минимального до максимального значения, а затем наоборот. Значения параметра режима резания и термоЭДС (ТЭДС) каждого опыта заносятся в таблицу.

Полученные значения ТЭДС в милливольтах переводятся в температуру резания в 0С по соответствующей кривой тарировочного графика (рис. 15) и заносятся в таблицу.

По данным экспериментов трех серий опытов строятся следующие зависимости температуры резания от отдельных параметров режима резания:

Q1 = , Q2 =, Q3 =  

Так как эти зависимости степенные, то их построение производится в двойной логарифмической системе координат и нахождение показателей степеней осуществляется по тангенсу угла наклона прямой к горизонтальной оси. Величину СQ можно найти путем решения частных примеров:

,

,

,

После определения показателей степеней и коэффициента СQ зависимость Q = f(t,S,V), для данного обрабатываемого материала, может быть записана в общем виде и использована для сравнительной оценки влияния параметров режима резания на температуру.

Рис. 15. Тарировочные графики естественных термопар

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с методами экспериментального исследования температуры резания

2. Нарисовать схему измерения температуры и записать в отчет исходные данные о резце и детали.

3. Провести три серии однофакторных экспериментов по определению зависимостей Q = f(t), Q = f(S) и Q = f(V); записать показания гальванометра в соответствующую таблицу.

4. Построить в логарифмической системе координат графики зависимостей Q = f(t), Q = f(S) и Q = f(V) и определит показатели степеней XQ, YQ, ZQ.

5. Вычислить коэффициент CQ и записать температурную зависимость в аналитическом виде.

Содержание и форма отчета:

  •  Схема измерения температуры резания.
  •  Таблицы с результатами всех опытов
  •  Графические зависимости температуры резания от исследуемых параметров.
  •  Вывод общего уравнения исследуемых зависимостей и физическое объяснение полученного характера влияния параметров режима резания на температуру.


Работа 5. Исследование влияния скорости резания и переднего угла на деформацию стружки методом ПФЭ.

Цель работы. Ознакомиться с явлением деформации стружки и его причинами. Ознакомится с методами планирования эксперимента. Провести экспериментальное исследование зависимости деформации стружки от скорости резания и переднего угла. Обработать результаты исследования.

Общие сведения

Деформация стружки и ее зависимость от условий резания. В процессе резания пластичных материалов под действием сил резания в срезаемом слое происходит пластическая деформация. Преобладающим видом деформации является сжатие. Поэтому стружка получается короче и толще срезаемого слоя. Указанное изменение размеров срезаемого слоя называется усадкой стружки и характеризуется коэффициентами

Kl = l/lc; Ka = ac/a; Kb = bc/b,

где Kl, Ka, Kbкоэффициенты соответственно укорочения, утолщения и уширения стружки. Эти коэффициенты, как правило, больше единицы и являются косвенными показателями интенсивности пластической деформации при резании металлов. Они показывают, во сколько раз размеры стружки по длине, толщине и ширине меньше или больше соответствующих размеров срезаемого слоя. Т.к. объем стружки равен объему срезаемого слоя, lab = lcacbc, то поэтому Kl = KaKb.

Обычно уширение стружки даже при свободном резании невелико и составляет 5…15% от ширины срезаемого слоя. Поэтому при черновой обработке уширением стружки можно пренебречь и считать, что KlKa.

Рис. 16. Схема определение коэффициента укорочения и утолщения

сплошной стружки

Измерения коэффициента утолщения стружки Ka практически проще, чем коэффициента укорочения Kl. Поэтому в настоящей работе будет исследоваться зависимость именно коэффициента утолщения стружки Ka от скорости резания V и переднего угла γ.

Рис. 17. К определению толщины срезаемого слоя

На основании многочисленных исследований установлено, что на процесс стружкообразования непосредственно влияют четыре фактора

  •  скорость резания;
  •  передний угол;
  •  угол действия;
  •  сопротивление обрабатываемого материала сдвигу в упрочненном состоянии.

Угол действия ω – это угол между равнодействующей силой резания R, приложенной к передней поверхности и непосредственно влияющей на деформацию срезаемого слоя, и вектором скорости резания V (рис. 18).

Рис. 18. К определению угла действия

ω = ρ – γ,

где ρ – угол трения (tgρ = μ);

μ – коэффициент трения;

γ – передний угол инструмента.

При одинаковой шероховатости передней поверхности и одинаковых условиях охлаждения угол трения ρ = const. Тогда очевидно, что влияние угла действия равнозначно влиянию переднего угла γ.

Сопротивление сдвигу является константой обрабатываемого материала. Тогда для данного обрабатываемого материала степень пластической деформации и коэффициент утолщения стружки. как его приближенная количественная характеристика, определяются непосредственно только скоростью резания V и передним углом γ.

Следовательно, влияние остальных факторов самостоятельного значения не имеет.

Из опыта проведенных ранее исследований известно, что увеличение как скорости резания. так и переднего угла уменьшает коэффициент утолщения стружки. Иными словами, характер зависимости известен. Необходимо оценить лишь количественное влияние двух названных факторов.

Составление плана исследования. План проведения исследования составляется с применением статистических методов планирования эксперимента. Характерная особенность – одновременное варьирование всех исследуемых факторов. Это обеспечивает сокращение общего числа опытов и позволяет оценить взаимное влияние исследуемых факторов, что невозможно сделать при традиционной постановке эксперимента с поочередным варьированием факторов. Для рассматриваемой задачи наиболее удобным является способ полного факторного эксперимента (ПФЭ). В этом случае реализуются все возможные сочетания факторов на двух уровнях – верхнем и нижнем. Общее количество опытов определяется как N = 2К, где N – число опытов, К – число факторов.

Так как в нашем случае исследуется влияние двух факторов V и γ, то мы имеем ПФЭ тип 22 и общее число опытов N = 22 = 4.

Для составления плана опытов необходимо сначала выбрать уровни факторов и интервал варьирования. Выбор уровней и интервалов варьирования производится для каждого фактора отдельно и независимо друг от друга.

Средний уровень (центр планирования) зависит от опыта экспериментатора. Также и определяется интервал варьирования. Нижний и верхний уровни определяются по формулам

Хн = Хо – ΔХ; Хв = Хо + ΔХ,

где Хн, Хв – нижний и верхний уровни соответственно

Хо – центр планирования;

ΔХ – интервал варьирования.

Из приведенных формул видно, что уровни факторов располагаются симметрично относительно центра планирования. Это позволяет, с целью упрощения дальнейших расчетов, закодировать уровни, приняв нижний за –1, верхний – +1, т.е. Хн = -1, Хв = +1.

Теперь можно составить матрицу планирования, задающую порядок проведения опытов (фиктивная переменная Хо всегда равна +1). Для этого необходимо понять. что при варьировании двух факторов Х1 и Х2 на двух уровнях (эксперимент типа 22) возможно четыре сочетания факторов

  •  оба на нижнем уровне (Х1 = -1, Х2 = -1);
  •  оба на верхнем уровне (Х1 = +1, Х2 = +1);
  •  первый на верхнем (Х1 = +1), второй на нижнем уровне (Х2 = -1);
  •  обратный случай, т.е. Х1 = -1, Х2 = +1.

Каждое из этих сочетаний реализуется в одном из четырех опытов. Последовательность проведения опытов будет зависеть от расстановки их по строчкам таблицы 1.

Таблица 1. Матрица планирования

№ опыта

Х1 (γ)

Х2 (V)

1

-1

-1

2

-1

+1

3

+1

-1

4

+1

+1

В этом случае смена резца требуется только один раз после второго опыта.

Правильность составления плана проверяется, во-первых, условием симметричности , где i - № опыта, j - № фактора.

Это правило можно сформулировать еще более просто: в каждом столбце должно быть столько же +1, сколько –1.

Вторая проверка проводится по условию ортогональности , где uj – номера факторов.

Для этого нужно последовательно перемножать значения Х1 и Х2 для каждой строчки и складывать их произведения. Общая сумма должна быть равна 0.

Методика проведения исследования. Из приведенных выше зависимостей видно, что для определения коэффициента утолщения стружки Ка необходимо знать толщину среза а и и толщину стружки ас. Толщина срезаемого слоя при несвободном резании определяется по известной формуле (рис. 17.)

а = S sinφ, мм

где S – подача, мм/об; φ – главный угол в плане.

Измерение толщины стружки проводится микрометром, снабженным, ввиду наличия кривизны стружки, вставками для измерения резьбы (резьбовой микрометр).

В исследования используются три токарных резца с разными значениями передних углов (γ1, γ2 и γ0) и прочими одинаковыми геометрическими параметрами.

В соответствии с планом эксперимента реализуются уровни факторов Х1 и Х2 (γ и V). При этом опыты ведутся при постоянных значениях подачи и глубины резания (S = const, t = const). Частота вращения шпинделя определяется по формуле

, мин-1,

где D – диаметр обрабатываемой заготовки, мм;

V – скорость резания, м/мин.

После каждого опыта подвергаются измерению не менее четырех снятых стружек (не менее 4-х замеров). В расчет принимается среднее значение ас.ср для данной стружки. В случае, если результаты замеров сильно отличаются друг от друга, их число необходимо увеличить. Результаты экспериментов заносятся в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты эксперимента

опыта

γ,

градусы

n,

мин-1

V,

м/мин

S,

мм/об

а,

мм

ас.ср.,

мм

Ка

1

-10

200

0,3

2

-10

400

0,3

3

+10

200

0,3

4

+10

400

0,3

в центре плана, Х0

0

315

0,3

материал заготовки: сталь 40х; t = 2 мм, φ = 450

Обработка результатов. При полном факторном эксперименте (ПФЭ) тип 22 используется линейная модель исследуемого процесса с учетом парного взаимодействия факторов

y = b0 ·X0 + b1·X1+ b2·X2 + b12 ·X1 ·X2,

где y – исследуемый параметр (в данном случае – коэффициент утолщения стружки, y = Ка);

b0, b1, b2, b12 – коэффициенты регрессии при соответствующих факторах и их парном произведении;

Х0 – фиктивная переменная, вводимая для оценки свободного члена b0, во всех опытах Х0 = +1.

План опытов, значения факторов и результаты эксперимента записываются в таблицу 3.

Таблица 3. Матрица планирования ПФЭ тип 22

опыта

Х0

План

Х1·Х2

y(Ка)

Х1(γ)

Х2(V)

1

+1

-1

-1

+1

2

+1

-1

+1

-1

3

+1

+1

-1

-1

4

+1

+1

+1

+1

Коэффициенты линейного уравнения регрессии определяются на основании зависимости

Тогда

= ;

=;

= ;

=

= .

После подсчета коэффициентов уравнение регрессии записывается с их числовыми величинами. Следует отметить, что полученное уравнение справедливо только в области изменения исследованных факторов, т.е. от γн до γв и от Vн до Vв.

Линейное уравнение было принято произвольно как наиболее простое для выражения связи между деформацией (усадкой) стружки, скоростью резания и передним углом инструмента.

Правильность такого предположения можно проверить, подставив опыт в центре планирования, т.е. при Х1 = 0 и Х2 = 0 (γ и V на основном уровне). Для этого выбирается резец со средним значением переднего угла и устанавливается среднее значение частоты вращения шпинделя (n0).

Полученное, для данных условий, экспериментальное значение коэффициент утолщения стружки необходимо сравнить с расчетным из уравнения регрессии – y0 = b0X0, но так как всегда X0 = +1, то y0 = b0. Если это равенство соблюдается с определенной точностью, то модель процесса выбрана правильно.

Содержание и форма отчета:

  •  условия проведения исследований:

диаметр заготовки D = мм,

станок: (модель),

частота вращения шпинделя (в исследуемой области) и скорость резания:

n0 = 315 мин-1; V0 = м/мин;

nв = 400 мин-1; Vв = м/мин;

nн = 200 мин-1; Vн = м/мин;

Δn ≈ 100 мин-1; ΔV = м/мин;

резец: (материал режущей части), главный угол в плане φ = ,

передний угол γ:

γ0 = 00;

γн = -100;

γв = +100;

Δγ = 100.

Параметры режима резания S = мм/об – const; t = мм – const.

  •  Таблица опытных данных (табл.2.).
  •  Матрица планирования ПФЭ типа 22 (табл.3.).
  •  Расчет коэффициентов регрессии линейного уравнения b0 , b1 , b2 и b12.
  •  Сравнение значений y0 и b0.
  •  Уравнение линейной модели с числовыми коэффициентами.
  •  Выводы.


Работа 6. Экспериментальное исследование составляющих

силы резания при точении

Цель работы. Получение навыков проведения исследовательской работы с применением специальной измерительной аппаратуры; закрепление теоретических сведений о силах резания.

Общие сведения

При срезании слоя металла на передней поверхности действуют элементарные силы, нормальные и касательные к ней. Их можно свести к одной равнодействующей R', являющейся суммой силы Nn, нормальной к передней поверхности, и силы трения Fn (рис. 19). Сила R' называется силой стружкобразования. Ее направление определяется углом действия ρ, под которым сила R' направлена относительно скорости резания V. Угол действия для схемы с единственной плоскостью сдвига можно найти как ω = ρ - γ, где ρ —угол трения на передней поверхности лезвия.

Рис. 19. Силы резания, возникающие на передней поверхности и в плоскости сдвига

Сила R' уравновешивается сопротивлением обрабатываемого материала движению резания. Оно выражается силой R", являющейся геометрической суммой напряжений, возникающих в зоне стружкообразования.

Сила R" складывается из двух составляющих – силы сдвига Rc, действующей в плоскости сдвига АВ, и перпендикулярной к ней силы сжатия Rсж. Если пренебречь внутренними нормальными напряжениями в плоскости сдвига от действия силы сжатия, сила стружкообразования

R' = (τcab)/[sin (δ + ρ + β) sinβ] = (τcab)/[cos (γ – ρ – β) sin β],

где τc – напряжение сдвига; β – угол сдвига.

Из формулы видно, что сила стружкообразования зависит от прочностных характеристик обрабатываемого материала, сечения среза, а также от углов резания, трения и сдвига. Если при механических испытаниях деформация есть результат приложения силы, то при резании, наоборот, сила определяется деформацией. Поэтому изменение условий резания приводит к изменению величин, входящих в систему сил.

Рассмотрим систему сил, возникающих при свободном резании (рис. 20а). На переднюю поверхность резца давит стружка с силой Rп, которая является равнодействующей нормальной силы Nп, и силы трения стружки о переднюю поверхность Fп, т. е.

В то же время на заднюю поверхность резца вблизи режущей кромки действует нормальная сила упругого противодействия обрабатываемого материала Nз, и сила трения о заднюю поверхность инструмента Fз. Они дают результирующую силу Rз. Так как задний угол α мал, а при наличии площадки износа на некотором участке задней поверхности он равен нулю, в расчетной схеме принимаем направление сил Fз и Nз, как показано на рис. 20б, т. е. направление Fз, противоположно вектору скорости резания V. Для осуществления процесса резания или сохранения равновесия резца к нему извне должна быть приложена сила, равная по величине и противоположная по направлению (рис. 20в) силе

Рис. 20. Схема сил, действующих на режущий клин при свободном резании

Разложим силу R, приложенную к резцу, на две составляющие: РZ в направлении главного движения резания (назовем ее главной силой) и РY в направлении,

совпадающем с осью резца (назовем ее радиальной силой резания). Спроектируем действующие силы на направление осей Y и Z

;

Силы, действующие на передней и задней поверхностях инструмента, а также вдоль осей Y и Z, можно рассчитать теоретически на основе теорий пластичности, упругости и др. Теоретические уравнения, однако, сложны и не совсем точны; в них используются коэффициенты, которые характеризуют свойства обрабатываемого материала и численные значения которых неизвестны. Поэтому на практике силы резания определяют экспериментальным путем.

В условиях несвободного резания при точении равнодействующую силу сопротивления резанию R раскладывают на три составляющие (рис.21): PZ главную составляющую силы резания, которая действует в направлении скорости главного движения; РY радиальную составляющую, направленную в вершине лезвия по радиусу траектории главного вращательного движения резания; PX осевую составляющую, действующую параллельно оси главного вращательного движения резания, т. е. силу подачи. По PZ производят расчеты прочности и жесткости резца, а также необходимой мощности на осуществление процесса резания. Однако более правильно было бы точные расчеты резца производить на деформацию косого изгиба от действия силы

Рис. 21. Разложение силы резания при точении на три составляющие

При определении прогиба детали, прочности и жесткости отдельных деталей станка за основу принимают силу РY, а прочность и жесткость механизма подачи станка рассчитывают по силе PX . Установлено, что при точении конструкционных сталей и чугунов резцом с геометрическими параметрами φ = 450, γ = 150, λ = 00 наблюдается следующее соотношение сил резания: РY = (0,4…0,5)PZ; PX = (0,3...0,4)PZ, а при точении жаропрочных сталей сила РY может быть больше, чем PZ. Это же соотношение наблюдается и при точении практически всех материалов с малыми сечениями среза. С увеличением φ угла и с уменьшением переднего угла γ отношение РY/PZ уменьшается, а PX/PZ увеличивается. Кроме того, относительные значения PX и РY возрастают с увеличением износа резца, особенно при затуплении его по задней поверхности. Для точного определения составляющих сил резания PZ , РY и PX используют эмпирические уравнения, полученные экспериментальным путем.

Равнодействующая R является диагональю параллелепипеда. Следовательно,

или R ≈ (1,1…1,2)PZ.

Угол между силами R и PZ = (25...40)0.

Величина R зависят от множества факторов, влияющих на процессе резания: от свойств обрабатываемого и инструментального материалов, наличия технологической жидкости СОТС, геометрических параметров резца, выбранного режима резания. Так как влияние этих факторов сложно и пока нет достоверных теоретических зависимостейi для определения сил резания пользуются эмпирическими формулами, получение которых связано с проведением большого числа опытов и применением специальной измерительной аппаратуры. Эмпирические формулы имеют вид

 (1)

В этих формулах выделено влияние на величину силы R элементов режима резания V , S , t , а влияние прочих факторов, перечисленных выше, скрыто в коэффициентах СР . Коэффициенты КZ, KY , KX являются поправочными. Так как приведенные выше формулы являются эмпирическими (т.е. получены в результате экспериментального определения показателей степеней и коэффициентов СР), то они справедливы только для тех условий, при которых проводился эксперимент. Если требуется применить результаты проведенного эксперимента к другим условиям, то необходимо ввести поправку на изменение условий:

К = КМКφКγKrKhKc

где КМ – коэффициент, учитывающий изменения свойств обрабатываемого материала по сравнении со свойствами опытного образца (если изменения свойств не произошло, то КМ = I); Кφ, Кγ, Kr, Kh, Kc – коэффициенты, соответственно учитывающие влияние главного угла в плане φ, переднего угла γ, радиуса закругления вершины резца r, его износа h, наличия СОТС.

В данной лабораторной работе студенты должны самостоятельно получить зависимости типа (1). Так как обработка результатов эксперимента позволит определить коэффициенты C, x, y, n для данных конкретных условий, то в полученных зависимостях должно выполняться условие KZ = KY = KX = 1.

Методика измерения сил резания. Для измерения составляющих силы резания используют приборы, предназначенные для измерения силы – динамометры. Если динамометр измеряет одну составляющую, то он называется однокомпонентным, если три – трехкомпонентным.

К динамометрам предъявляют следующие требования:

  •  Точность измерения должна быть ±(I…2)% от максимального значения силы резания.
  •  Быстродействие прибора должно быть достаточный, чтобы зарегистрировать изменение силы резания. Практически достаточно иметь прибор, который бы обеспечивал полосу пропускания до 5 кГц.
  •  В динамометре должно отсутствовать взаимное влияние составляющих силы резания.

Наиболее широкое распространение среди электрических динамометров получил универсальный динамометр СУРП (старое название УДМ; выпускаются модификации СУРП-100, СУРП-600 и СУРП-1200) конструкции Всесоюзного научно-исследовательского инструментального института (ВНИИ). Он позволяет измерять составляющие силы резания при точении, фрезеровании, шлифовании, осевую силу и крутящий момент при сверлении, зенкеровании, развертывании, нарезании резьбы метчиком и рассчитан на максимальное значение PZ, равное 1, 6 или 12 кН.

Принципиальная схема динамометра изображена на рис. 22. Основой его является квадратная пластина, установленная в корпусе динамометра на упругих опорах 1...16, на которых наклеены тензометрические преобразователи.

Рис. 22. Схема универсального динамометра

Опоры имеют трубчатую форму и обладают высокой жесткостью вдоль оси и малой жесткостью в направлении, перпендикулярном к оси. На вертикальные опоры, воспринимающие силы, направленные по оси Z, наклеено по одному преобразователю; на горизонтальные опоры, воспринимающие силы, действующие вдоль осей X и Y, и крутящий момент, – по два. Первые преобразователи служат для измерения горизонтальных сил, а вторые – крутящего момента. Преобразователи соединены между собой таким образом, что сигнал на выходе измерительной схемы является алгебраической суммой реакции опор. Это обеспечивает независимость показаний динамометра от вылета резца. Динамометр укомплектован тензометрическим усилителем и записывающим устройством. Схема измерительного моста представлена на рис. 23.

Рис. 23. Структурная схема измерительного моста

Динамометры не позволяют определить непосредственно силы резания; их показания соответствуют деформациям, пропорциональным действующей силе. Поэтому перед работой необходимо протарировать динамометр. Тарирование заключается в том, что динамометр нагружают в направлении сил резания сначала возрастающими, а затем убывающими силами, которые известны. Показания динамометра, соответствующие определенным силам, регистрируются. На основании этих данных по средней линии нагрузки и разгрузки строят тарировочный график (рис.24), которым в дальнейшем пользуются при расшифровке показаний динамометра.

Рис. 24. Тарировочный график силы резания Р:

1 – нагрузка; 2 – разгрузка

Методика проведения эксперимента. При установлении силовых зависимостей, как правило, использует однофакторный эксперимент, когда изменяет только тот фактор процесса резания, влияние которого изучают, а все остальные факторы за время опыта оставляют постоянными. Если, например, определяют влияние подачи, то все остальные факторы (обрабатываемый материал, геометрические параметры инструмента, глубина резания, скорость резания, применяемая СОТС) оставляют неизменными. Необходимо принять все меры для выполнения этого условия, так как оно определяет точность получаемых результатов. Далее последовательно измеряют независимую переменную ( S , t или V ), и при каждом новом ее значении снимают показания с измерительного прибора (милливольтметра или миллиамперметра). Число наблюдений в каждом опыте (дублей) определяется с требуемой точностью и надежностью результатов экспериментов.

Далее необходимо от показаний регистрирующего прибора перейти к значениям силы резания. Для этого выполняют тарировочный эксперимент (см. методику измерения сил резания). Выбирают одну из осей м нагружают резец в ее направлении известной силой (Р) при этом снимают показания с регистрирующего прибора в делениях I ( рис. 24.). Таким образом определяют цену одного деления

по осям Z, Y и X.

По описанной выше методике проводят эксперимент и заполняют протокол измерений (табл.1…3). В каждой таблице указывают цену деления измерительного прибора, так как при переходе к новому опыту может быть взят другой коэффициент усиления. Изменение глубины резания сильнее всего влияет на изменение силы резания, поэтому коэффициент усиления можно уменьшить.

Протокол измерений. Исходные данные: обрабатываемый материал; геометрические параметры резца; СОТС.

  •  Определение зависимости силы резания R от величины подачи S: n = const = ; V = const = 70 м/мин; t = const = 1,0 мм; цена деления z = , y = , x = .

Таблица 1.

S,

мм/об

Iz,

дел.

Pz,

Н

Iy,

дел.

Py,

Н

Ix,

дел.

Px,

Н

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

  •  Определение зависимости силы резания R от глубины резания t: n = const = ; V = const = 70 м/мин; S = const = 0.15 мм/об; цена деления z = , y = , x = .

Таблица 2.

t,

мм

Iz,

дел.

Pz,

Н

Iy,

дел.

Py,

Н

Ix,

дел.

Px,

Н

0.3

0.5

0.8

1.0

1,5

2,0

2,5

  •  Определение зависимости силы резания R от скорости резания V: n = const = ; S = const = 0.15 мм/об; t = const = 1,0 мм; цена деления z = , y = , x = .

Таблица 3.

n,

мин-1

V,

м/мин

Iz,

дел.

Pz,

Н

Iy,

дел.

Py,

Н

Ix,

дел.

Px,

Н

63

125

200

315

500

630

Методика математической обработки экспериментальных данных. Широко применяется на практике простейший графоаналитический метод обработки результатов экспериментов. Многочисленные исследования показали, что взаимосвязь различных величин, характеризующих процесс резания, может достаточно точно выражаться эмпирической зависимостью, которая описывается степенной функцией вида y = Axm (рис.25а).

Рис. 25. Графики степенной функции

Нахождение таких функций возможно в случае использования двойной логарифмической системы координат, когда в декартовых координатах по осям откладываются не сами величины, а их логарифмы.

Прологарифмируем выражение y = Axm. Получим lgу = lgА + mlgx, что аналогично уравнению прямой линии у = а + bх. Это означает, что в двойной логарифмической системе координат степенная функция представляется прямой линией. Причем значение m соответствует тангенсу угла α наклона прямой к положительному направлению оси абсцисс, а lg A – отрезку , отсекаемому прямой на оси ординат при х = 1 (рис. 25 б). Допустим, что надо установить функциональную зависимость РZ = f(a) = СPz aWpz . Для этого проводим опыты по измерению сил резания при различной толщине среза а, сохраняя одинаковыми все другие условия. Результаты опытов наносим на двойную логарифмическую сетку (рис. 26). Затем проводим прямую так, чтобы сумма расстояний от экспериментальных точек до нее была минимальной, т. е. чтобы прямая находилась наиболее близко ко всем точкам. Это и есть графическое изображение искомой зависимости. Тангенс угла наклона прямой определит WP = tgα.

Рис. 26. Графическая обработка опытных данных при установлении

силовых зависимостей

Для нахождения постоянной СРz решаем выражение РZi = СPzaWpz отностительно СРz, подставляя значения аi и WPZi , найденные из графика (рис.26)

СРz = РZi/ aWpzi

Аналогично находим РZ =f(t), Pz = f(v), Pz = f(S), позволяющие получить частные зависимости PZ = C1PztXpz, PZ = C2PzSYpz, PZ = C3PzVZpz. Определим постоянный коэффициент СPz, в обобщенной зависимости:

PZ = C1PztXpz · SYpz · VZpz  (2)

если установлены частные зависимости:

PZ = C1PztXp при V и S = const (3)

PZ = C2PzSYp при t и V = const (4)

PZ = C3PzVZp при S и t = const (5)

Приравняем правые части уравнений (2) и (3)... (5) с учетом того, что СPz, в каждом отдельном случае равен , , т. е.

C′1Pz tXpz · SYpz · VZpz = C1PztXpz

После простых преобразований получим

C′1Pz = C1PztXpz/( SYpz · VZpz)

Аналогичным образом определим

C′′1Pz = C1PztXpz/( SYpz · VZpz)

C′′′1Pz = C1PztXpz/( SYpz · VZpz)

Среднеарифметическое значение C′1Pz , C′′1Pz и C′′′1Pz даст искомое значение СPz.

Точно также определяются постоянные коэффициенты СPx и СPy в зависимостях PX = C1PxtXpx · SYpx · VZpx и PY = C1PytXpy · SYpy · VZpy 

Графоаналитический метод обработки результатов очень прост, но его недостатком является субъективность в проведении по нанесенным точкам прямой, которая равноудалена от них. Поэтому наряду с графическим методом существуют и другие, которые позволяют по экспериментальным данным и общему уравнению зависимости найти коэффициенты этого уравнения, исходя из условия наибольшего соответствия всем опытным точкам. Одним из таких методов является метод наименьших квадратов.

Уравнение, например P =C·S·t путем логарифмирования приведем к виду

lg P = lgC + αlgS + βlgt

Принимая

lgP = N, lgS = x, lgt = y, lgC =z ,

получим

N = αx + βy + z

Сущность метода наименьших квадратов аналогична графоаналитическому методу, но параметры искомою уравнения находятся расчетным путем. Теория вероятностей показывает, что наилучшим приближением к истинной будет такая кривая, для которой сумма квадратов расстояний по вертикалям от точек до кривой минимальна, откуда и название — метод наименьших квадратов.

В нашем случае для прямой линии указанное требование приводит к уравнению

где n – число экспериментальных точек.

Для определения минимума необходимо взять частные производные по А и В и приравнять их к нулю. Получим:

т. е.

Решив систему уравнений, получим:

Общее уравнение находится на основе частных уравнений, как и при графоаналитическом методе расчета.

Порядок выполнения работы:

  •  Ознакомиться методическими указаниями к лабораторной работе, подготовить протокол измерений.
  •  Подготовить измерительную аппаратуру и сбалансировать тензометрические мосты.
  •  Приступить к выполнению первого эксперимента – определению зависимости R = f(S): протарировать измерительный тракт; произвести резание и зафиксировать показания приборов.
  •  Приступить к выполнению второго эксперимента – определению зависимости R = f(t): протарировать измерительный тракт, если изменилось усиление; произвести резание и зафиксировать показания приборов.
  •  Приступить к выполнению третьего эксперимента – определению зависимости R = f(V): протарировать измерительный тракт, если изменилось усиление; произвести резание и зафиксировать показания приборов.
  •  Заполнить таблицы 1…3 протокола.
  •  Построить графики экспериментальных зависимостей в двойных логарифмических координатах.
  •  Опледелить показатели степени и рассчитать коэффициенты в зависимостях (1).
  •  Оценить влияние иследуемых параметров режима резания и сделать выводы по работе.
  •  Составить отчет.

Содержание и форма отчета:

  1.  Протокол измерений.
    1.  Графики экспериментальных зависимостей PZ =f(t), PZ =f(S), PZ =f(V); PX =f(t), PX =f(S), PX =f(V); PY =f(t), PY =f(S), PY =f(V).
    2.  Записать эмпирические формулы для определения составляющих силы резания по типу выражения (1), подставив в них значения показателей степени и коэффициентов СР.
    3.  Выводы по работе.


Работа 7. Исследование износа режущего инструмента на примере токарного резца.

Цель работы. Получение навыков проведения исследовательской работы с применением специальных измерительных оптических приборов; закрепление теоретических сведений об износе режущих инструментов.

Общие сведения

В результате взаимодействия режущего инструмента и обрабатываемого материала инструмент изнашивается. Износ происходит по передней и задней поверхностям.

При толщине срез а не более 0,15…0,20 мм износ в основном происходит по главной задней поверхности, на которой образуется фаска шириной hЗ (рис.27). Так как трение по задней поверхности по плоскости резания, то фаска износа hЗ имеет задний угол равный 0.

При толщине среза а более 0.50 мм преобладает износ по передней поверхности, на которой образуется лунка шириной в. Более общим случаем является одновременный износ по передней и задней поверхностям (а = 0,20…0,50 мм).

 

Рис. 27. Виды износа рабочих поверхностей инструмента:

а) износ по главной задней поверхности; б) износ по передней поверхности

Измерение износа с помощью инструментального микроскопа ММИ-2. Для измерения износа резца по главной задней поверхности используется микроскоп ММИ-2 .

 

Рис. 28. Поле зрения микроскопа

В поле зрения микроскопа (рис. 28) видны две сплошные взаимно перпендикулярные риски со шкалой.

Многогранная неперетачиваемая пластина (МНП), которой оснащен резец, устанавливается на столе микроскопа с помощью призмы таким образом, чтобы боковая (главная задняя) поверхность пластины была обращена к окуляру микроскопа и располагалась перпендикулярна его оптической оси. Вращая микрометрические винты стола микроскопа, совмещаем одну из взаимно перпендикулярных рисок окуляра с главной режущей кромкой (рис.28а) и считываем показания на барабане микрометрического винта. Затем продолжая вращать микрометрический винт, устанавливаем риску окуляра по границе максимального износа (рис.28б) и снова считываем показания барабана. Разница этих показаний даст величину, соответствующую ширине фаски износа по задней поверхности.

Методика проведения исследований. Исследование проводится при определенном режиме резания, для чего станок настраивается на заданные частоту вращения шпинделя подачу SO, устанавливается определенная глубина резания.

Производится один рабочий ход при заданных параметрах режима резания, замеряется время рабочего хода с помощью часов с секундной стрелкой или секундомера.

По окончании рабочего хода снимается с резца многогранная режущая пластина и производится измерение износа согласно указанной методике. Износ измеряется в том месте по длине режущей кромки, где он имеет максимальную величину.

Полученные результаты заносятся в таблицу 1. Резание повторяется и снова проводится измерение износа. При этом в таблицу записывается суммарное время дух рабочих ходов. Опыты продолжаются до достижения катастрофического износа (полное разрушение режущей кромки) или до заранее заданного преподавателем критерия затупления hЗк.

По полученным данным строится график зависимости износа от времени работы инструмента (рис.29).

График позволяет определить стойкость Т при заданном критерии затупления hЗк. Для этого проводится горизонтальная линия из точки hЗк до пересечения с кривой износа. Полученную точку пересечения сносят на ось времени τ, а отрезок до полученной точки соответствует стойкости Т в данном опыте.

Рис. 29. График зависимости износа от времени работы резца

Порядок выполнения работы:

  •  Ознакомиться с содержанием работы и методикой проведения исследований.
  •  Настроить станок на заданный режим работы и микроскоп для измерения износа.
  •  Произвести опыты и записать результаты в табл.1.
  •  Построить график зависимости h = f(τ) и определить стойкость при заданном критерии затупления.
  •  Составить отчет по прилагаемой форме.

Содержание и форма отчета:

  1.  Условия проведения опытов:

станок - ;

частота вращения шпинделя n = мин-1;

подача SO = мм/об;

глубина резания t = мм;

Скорость резания  = м/мин.

  1.  Эскиз поля зрения микроскопа (рис.28).
    1.  Результаты измерения износа.

Таблица 1.

опыта

Время, мин

Величина износа по задней поверхности, мм

4. График износа с указанием величины стойкости.

5. Выводы.


Работа № 8.
 Определение сил, действующих при точении, и мощности.

Цель работы: изучить методику расчета сил резания и мощности, затрачиваемой на резание, аналитическим способом.

Ознакомиться и приобрести навыки работы со справочной литературой.

Общие сведения

Для изучения действия силы сопротивления резанию принято ее раскладывать на три взаимно перпендикулярные составляющие силы, направленные по осям координат станка: Px - осевая сила; Py - радиальная сила; Pz - тангенциальная сила, которую обычно называют силой резания [1] .

Осевая сила Px действует вдоль заготовки, при продольном точении противодействует механизму подач.

Радиальная сила Py - отжимает резец, ее реакция изгибает заготовку.

Сила резания Pz направлена по касательной к поверхности резания, определяет расходуемую мощность на резание Np.

Составляющие силы резания при точении рассчитывают по аналитической формуле :

Pz(x,y)=10CptxSyVnKp , H

где Cp - коэффициент , учитывающий условия обработки;

 x,y,n - показатели степени;

 t - глубина резания, мм;

 S - подача, мм/об;

 V - скорость резания, м/мин;

Кр - обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий изменение условий по отношению к табличным.

,

где  - поправочный коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала;

- коэффициенты, учитывающие соответствующие геометрические параметры резца .

Мощность резания рассчитывают по формуле

где Pz - сила резания, Н; V - скорость резания, м/мин.

Пример. Определить силы, действующие при продольном точении заготовки из стали 40Х с пределом прочности , резцом с пластиной из твердого сплава Т5К10. Определить мощность резания. Глубина резания t = 3 мм, подача S=0,8 мм/об, скорость резания V = 67 м/мин.

Геометрические параметры резца: форма передней поверхности - радиусная с фаской;

Решение:

  1.  Силы резания при точении

Pz(x,y)=10CptxSyVnKp

Определяем значения постоянной и показателей степени [2],

х=1,0 y=0,75 n= - 0,15

 x=1,0 y=0,5 n= - 0,4

 x=0,9 y=0,6 n= -0,3

1.2 Определяем значения поправочных коэффициентов

 n=0,75 [2],

; n=1 [3],

n=1,35 [2],

Поправочные коэффициенты, учитывающие геометрию резца [2],

 

 

- учитывается только для резцов из быстрорежущей стали

Pz=10×300×31×0,80,75×67-0,15×0,95×0,94×1,25=4050 H

Px=10×339×31×0,80,5×67-0,4×0,93×1,11×2=1685,5 H

Py=10×243×30,9×0,80,6×67-0,3×0,91×0,77×2=1611 H

2. Мощность резания

Порядок выполнения работы:

  1.  Пользуясь методическими указаниями и литературой [1,2], изучить методику и выполнить расчет по заданию.
  2.  Составить отчет по форме.

Содержание и форма отчета:

Выполнить расчет силы резания (Pz) и мощности, затрачиваемой на резание по заданному варианту.

Исходные данные приведены в таблице.

Форма отчета:

  1.  Наименование работы.
  2.  Цель работы.
  3.  Задание.
  4.  Расчет силы резания и мощности, затрачиваемой на резание.

Таблица. Варианты задания к работе 8

Номер варианта

Материал заготовки

Режим резания

Геометрические параметры резца*

t,

мм

S,

мм

V,

м/мин

r,

мм

Форма передней поверхности

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Сталь 20, sв=550 МПа

4

0,7

140

45

8

10

5

1

Радиусная с фаской

2

Серый чугун СЧ10, НВ 160

5

0,78

60

60

8

5

10

1

Плоская

3

Сталь 12Х18Н9Т; НВ180

1

0,21

265

90

12

10

0

2

Радиусная с

4

Сталь 14Х17Н2; НВ200

1,5

0,195

250

90

12

10

0

2

фаской

5

Серый чугун СЧ30, НВ 220

1,5

0,26

150

45

10

5

-5

2

Плоская

6

Серый чугун СЧ20, НВ 210

2

0,35

155

45

10

12

0

1

Радиусная с

фаской

7

Сталь 38ХА, sв=680 МПа

3

0,61

120

60

8

10

5

8

Сталь 35, sв=560 МПа

1,5

0,2

390

60

12

15

0

9

Серый чугун СЧ15, НВ 170

4,5

0,7

65

90

8

5

0

Плоская

10

Серый чугун СЧ10, НВ 160

3,5

0,6

65

45

10

10

5

11

Сталь 40ХН, sв=700 МПа

1,5

0,3

240

60

12

10

-5

2

Радиусная с

фаской

12

Сталь Ст3, sв=600 МПа

5

0,8

240

60

10

5

0

13

Сталь 40Х, sв=750 МПа

1,0

0,15

240

90

12

10

-5

14

Сталь Ст5, sв=600 МПа

3,5

0,52

130

45

8

10

5

1

Плоская

15

Серый чугун СЧ20, НВ 180

4,0

0,87

75

60

8

5

10

16

Серый чугун СЧ20, НВ 200

2,5

0,25

100

45

10

5

0

17

Сталь 20Х, sв=580 МПа

1,0

0,125

180

45

12

15

0

2

Радиусная с

фаской

18

Сталь 50, sв=750 МПа

2,0

0,25

150

60

10

12

5

19

Бронза Бр АЖН 10-4, НВ170

1,5

0,15

130

60

6

20

10

1

Плоская с

фаской

20

Латунь ЛМцЖ 52-4-1, НВ100

2,5

0,3

80

90

8

25

-5

21

Серый чугун СЧ30, НВ 220

1,5

0,1

130

45

10

8

0

15

Плоская

22

Серый чугун СЧ20, НВ 200

3

0,4

90

90

8

10

-5

23

Сталь 30ХН3А, sв=800 МПа

5

0,8

110

60

12

12

-5

2

Радиусная с

фаской

24

Сталь 30ХМ, sв=780 МПа

2,5

0,2

100

45

10

10

2

25

Сталь 45, sв=650 МПа

4

1,2

90

60

8

15

0

26

Сталь 15Х, sв=687 МПа

2,0

0,35

100

45

6

8

5

1,5

27

Ковкий чугун КЧ30, НВ 163

3,0

0,5

120

90

8

10

0

1

Плоская

28

Сталь 20ХНР, sв=700 МПа

4,5

0,06

80

60

12

5

-5

29

Сталь 30Г, sв=550 МПа

1,5

0,35

120

45

10

12

10

2

30

Сталь 35ХГСА, sв=700 МПа

2,5

0,05

140

90

8

5

0

* Для всех вариантов принять резец с пластиной из твердого сплава.

Работа 9. Расчет режима резания при точении аналитическим способом

Цель работы: изучить методику расчета режима резания аналитическим способом. Ознакомиться и приобрести навыки работы со справочной литературой.

Общие сведения

Обработка заготовки точением осуществляется при сочетании двух движений: равномерного вращательного движения детали - движения резания (или главное движение) и равномерного поступательного движения резца вдоль или поперек оси детали - движение подачи. К элементам режима резания относятся: глубина резания t, подача S, скорость резания V.

Глубина резания - величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности, т.е. перпендикулярном направлению подачи. При черновой обработке , как правило, глубину резания назначают равной всему припуску, т.е. припуск срезают за один проход

где h - припуск , мм;

 D - диаметр заготовки, мм;

 d - диаметр детали, мм.

При чистовой обработке припуск зависит от требований точности и шероховатости обработанной поверхности.

Подача - величина перемещения режущей кромки инструмента относительно обработанной поверхности в направлении подачи за единицу времени (минутная подача Sм) или за один оборот заготовки. При черновой обработке назначают максимально возможную подачу исходя из жесткости и прочности системы СПИД, прочности пластинки, мощности привода станка; при чистовой обработке - в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности.

Скорость резания - величина перемещения точки режущей кромки инструмента относительно поверхности резания в направлении движения резания за единицу времени. Скорость резания зависит от режущих свойств инструмента и может быть определена при точении по таблицам нормативов [4] или по эмпирической формуле

где Сv - коэффициент, учитывающий условия обработки;

 m, x, y - показатели степени;

 T - период стойкости инструмента;

 t - глубина резания, мм;

 S - подача, мм/об;

 Kv - обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий изменения условий обработки по отношению к табличным

,

где Kmv - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки;

 Knv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

 Kuv - коэффициент, учитывающий материал инструмента;

 Kjv - коэффициент, учитывающий главный угол в плане резца;

 Krv - коэффициент, учитывающий радиус при вершине резца - учитывается только для резцов из быстрорежущей стали.

При настройке станка необходимо установить частоту вращения шпинделя, обеспечивающую расчетную скорость резания.

, об/мин

Основное технологическое (машинное) время - время, в течение которого происходит снятие сружки без непосредственного участия рабочего

, мин

где L - путь инструмента в направлении рабочей подачи, мм;

 i - количество проходов.

L=l+y+ , мм

где l - размер обрабатываемой поверхности в направлении подачи;

 y - величина врезания, мм;

- величина перебега, мм, =1¸2 мм.

y=t×ctgj ,

где t - глубина резания;

 j - главный угол в плане резца.

 

Пример. На токарно-винторезном станке 16К20 производится черновое обтачивание на проход вала D=68 мм до d=62h12 мм. Длина обрабатываемой поверхности 280 мм; длина вала l1= 430 мм. Заготовка - поковка из стали 40Х с пределом прочности sв=700 МПа. Способ крепления заготовки - в центрах и поводковом патроне. Система СПИД недостаточно жесткая. Параметр шероховатости поверхности Ra=12,5 мкм. Необходимо: выбрать режущий инструмент, назначить режим резания; определить основное время.

Решение:

  1.  Выполнить эскиза обработки.
  2.  Выбрать режущий инструмент

Для обтачивания на проход вала из стали 40Х принимаем токарный проходной резец прямой правый с пластинкой из твердого сплава Т5К10 [2] или [3]. Форма передней поверхности радиусная с фаской [3]; геометрические параметры режущей части резца:

g=150, a=12, l=0, j=600, j1=150, r=1 мм, f=1 мм [3].

Рис. 30. Эскиз обработки

  1.  Назначить параметры режима резания

3.1. Глубина резания. При черновой обработке припуск срезаем за один проход, тогда

Назначаем подачу. Для черновой обработки заготовки из конструкционной стали диаметром до 100 мм резцом сечением 16х25 (для станка 16К20) при глубине резания до 3 мм:

S=0,6…1,2 мм/об [2], [3].

В соответствии с примечанием 1 к указанной таблице и паспортным данным станка (см. Приложение 1 к данным методическим указаниям) принимаем S = 0,8 мм/об.

  1.  Скорость резания , допускаемая материалом резца

, м/мин

где Cv=340; x=0,15; y=0,45, m=0,2, T=60 мин [2], [3]

Поправочный коэффициент для обработки резцом с твердосплавной пластиной

Kv=Kmv×Knv×Kuv×Kjv

, [2], [3],

где Kr=1; nv=1 [2],

тогда

Knv=0,8 [2] или [3],

Kuv=0,65 [2] или [3],

Kjv=0,9 [2] или [3].

м/мин

3.4. Частота вращения, соответствующая найденной скорости резания

, об/мин

об/мин.

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка

nд=315 об/мин.

  1.  Действительная скорость резания

, м/мин;  м/мин.

  1.  Основное время

, мин

Путь резца L = l + y + , мм

Врезание резца y = t×ctgj = 3×ctg 600 = 3×0,58 = 1,7 мм

Пробег резца  = 1,3 мм.

Тогда L = 280 + 1,7 + 1,3 = 383 мм.

мин.

Порядок выполнения работы:

  1.  Пользуясь инструкцией и дополнительной литературой, изучить методику определения режима резания. Ознакомиться со справочником [2] или [3]. Ознакомиться с условием задания.
  2.  Выполнить эскиз обработки.
  3.  Выбрать режущий инструмент.
  4.  Назначить глубину резания.
  5.  Определить подачу.
  6.  Рассчитать скорость резания.
  7.  Определить частоту вращения шпинделя и скорректировать по паспорту станка.
  8.  Определить действительную скорость резания.
  9.  Рассчитать основное технологическое время.
  10.  Составить отчет по форме.

Содержание и форма отчета:

Выполнить расчет режимов резания аналитическим способом (по эмпирической формуле) по заданному варианту для обработки на токарно-винторезном станке 16К20.

Исходные данные приведены в таблице .

Форма отчета:

  1.  Наименование работы.
  2.  Цель работы.
  3.  Задание.
  4.  Эскиз обработки.
  5.  Выбор режущего инструмента и расчет параметров режима резания согласно индивидуальному заданию.

Таблица. Варианты задания к работе 9

Номер варианта

Заготовка, материал и его свойства

Вид обработки и параметр шероховатости

D, мм

d, мм

l, мм

1

Прокат. Сталь 20, sв=500 МПа

Обтачивание на проход Ra=12,5 мкм

90

82h12

260

2

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 20, НВ160

Обтачивание на проход Ra=12,5 мкм

120

110h12

310

3

Поковка. Сталь 12Х18Н9Т, НВ180

Обтачивание в упор Ra=1,6 мкм

52

50e9

400

4

Прокат. Сталь 14Х17Н2, НВ200

Растачивание в упор Ra=3,2 мкм

90

93H11

30

5

Отливка без корки СЧ30, НВ220

Растачивание на проход Ra=3,2 мкм

80

83H11

50

6

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 20, НВ210

Растачивание на проход Ra=12,5 мкм

120

124H12

100

7

Прокат. Сталь 38ХА, sв=680 МПа

Обтачивание на проход Ra=12,5 мкм

76

70h12

315

8

Обработанная. Сталь 35, sв=560 МПа

Растачивание на проход Ra=3,2 мкм

97

100H11

75

9

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 15, НВ170

Обтачивание в упор Ra=12,5 мкм

129

120h12

340

10

Обработанная. Серый чугун СЧ 10, НВ160

Подрезание сплошного торца Ra=12,5 мкм

80

0

3,5

11

Поковка. Сталь 40ХН, sв=700 МПа

Растачивание на проход Ra=3,2 мкм

77

80H11

45

12

Обработанная. Сталь Ст3, sв=600 МПа

Подрезание сплошного торца Ra=12,5 мкм

90

0

5

13

Прокат. Сталь 40Х, sв=750 МПа

Обтачивание в упор Ra=0,8 мкм

68

62e9

250

14

Обработанная. Сталь Ст5, sв=600 МПа

Растачивание на проход Ra=12,5 мкм

73

80H12

35

15

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 20, НВ180

Обтачивание на проход Ra=12,5 мкм

62

58h12

210

16

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 20, НВ200

Подрезание втулки Ra=3,2 мкм

80

40

2,5

17

Поковка. Сталь 20Х, sв=580 МПа

Растачивание сквозное Ra=1,6 мкм

48

50H9

50

18

Обработанная. Сталь 50, sв=750 МПа

Подрезание торца втулки Ra=3,2 мкм

60

20

2,0

19

Отливка с коркой. Бронза Бр АЖН 10-4, НВ170

Обтачивание на проход Ra=1,6 мкм

88

85e12

140

20

Прокат. Латунь ЛМцЖ 52-4-1, НВ220

Растачивание в упор Ra=3,2 мкм

48

53H11

65

21

Обработанная. Серый чугун СЧ 30, НВ220

Подрезание торца Ra=1,6 мкм

65

0

1,5

22

Обработанная. Серый чугун СЧ 20, НВ220

Обработка в упор Ra=3,2 мкм

74

80H11

220

23

Поковка. Сталь 30ХН3А, sв=800 МПа

Обработка на проход Ra=12,5 мкм

105

115H12

260

24

Прокат. Сталь 30ХМ, sв=780 МПа

Подрезание торца Ra=1,6 мкм

80

0

2,5

25

Обработанная. Сталь 45, sв=650 МПа

Обработка на проход Ra=1,6 мкм

72

80H9

100

26

Прокат. Сталь ШХ15, sв=700 МПа

Растачивание на проход Ra=3,2 мкм

90

95H11

60

27

Поковка. Ковкий чугун КЧ30, НВ163

Обтачивание на проход Ra=12,5 мкм

115

110h7

150

28

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 15, НВ163

Обтачивание в упор Ra=6,3 мкм

150

142h8

70

29

Прокат. Бронза Бр АЖ 9-4, sв=500 МПа

Растачивание в упор Ra=12,5 мкм

60

69H11

50

30

Прокат. Сталь 35Г2, sв=618 МПа

Подрезание торца втулки Ra=6,3 мкм

100

80

3,0

Работа 10. Расчет параметров режима резания при точении с помощью нормативно-справочной литературы

Цель работы: Изучить методику назначения режима резания по таблицам нормативов. Ознакомиться и приобрести навыки работы с нормативами.

Общие положения

Точение широко распространенный метод обработки резанием тел вращения. Применяется для удаления наружных, внутренних и торцовых поверхностных слоев заготовок (цилиндрических, конических и фасонных). Рассматривают следующие виды точения:

черновое точение ("обдирка") - удаление дефектных слоев заготовки, разрезка, отрезка и подрезка торцов заготовки. Срезается поверхностная "корка" и основная (»70%) часть припуска на обработку, позволяет получать шероховатость 50...12,5 Ra;

получистовое точение - снятие 20...25% припуска и позволяет получать шероховатость 6,3...3,2 Ra и точность 10...11-го квалитетов. Заготовка получает форму, близкую к детали.

чистовое точение - обеспечивает получение шероховатости 3,2...1,6 Ra и точность 7-9-го квалитетов. Деталь получает окончательную форму и размеры;

тонкое точение - позволяет при срезании очень тонких стружек получать на поверхностях детали шероховатость 0,40..0,20 Ra и точность 5-7-го квалитетов.

Определение режимов резания состоит в выборе по заданным условиям обработки наивыгоднейшего сочетания глубины резания , подачи и скорости резания, обеспечивающих наименьшую трудоемкость и себестоимость выполнения операции.

Режимы резания устанавливаются в следующем порядке:

1.Определение глубины резания t мм и числа проходов i. При черновом точении весь припуск целесообразно снимать за один проход ( в ряде случаев, когда имеется лимит мощности станка, бывает выгодно снимать припуск за несколько проходов). Целесообразность этого должна определяться сравнительным расчетом продолжительности оперативного времени. Деление припусков на несколько проходов производится также при получистовом и чистовом точении, а также при обработке резцами с дополнительной режущей кромкой (j1=0).

2. Выбор подачи S мм/об. Подача выбирается в зависимости от площади сечения державки резца, диаметра обработки и глубины резания. Выбранная подача проверяется на допустимость по мощности электродвигателя , прочности державки резца, прочности пластин из твердого сплава и от заданной чистоты поверхности.

3. Определение нормативной скорости резания Vм/мин. И соответствующей ей частоты вращения n, мин-1. По значению скорости выбирается потребная частота вращения шпинделя, которая корректируется по паспорту станка.

4. Определяются усилия и мощности резания по выбранным значениям t, S и V.

5. Проверка возможности осуществления выбранного режима резания на заданном станке по его эксплуатационным данным. Если найденный режим не может быть осуществлен на заданном станке, а выбранная подача удовлетворяет, необходимо уменьшить скорость резания. Уменьшение скорости V осуществляется вводом поправочного коэффициента изменения скорости Kv в зависимости от отношения мощности на шпинделе, допустимой станком, к мощности по нормативам.

6. Корректировка выбранного режима по станку в соответствии с его паспортными данными.

Пример. Рассчитать режим резания при предварительной обточке детали типа вал на станке 16К20.

Исходные данные: род и размер заготовки - прокат, сталь 45; sв=550 МПа; D=80 мм; d=68 мм; l=275 мм; условия выполнения операции - заготовка устанавливается в самоцентрирующийся патрон с поджатием центра задней бабки.

Решение:

  1.  Выполнение эскиза обработки.

Рис. 31 Эскиз обработки

2. Выбор режущего инструмента.

Для обтачивания вала из стали 45 принимаем токарный проходной резец прямой правый с пластиной из твердого сплава Т5К10 [2] или [3] j=45°; j1=10°; с=4 мм (толщина пластинки); ВхН=25х25 (сечение державки); Ip=1,5 Н (вылет резца).

  1.  Назначение режимов резания.

Расчет режимов резания выполним в традиционной последовательности с использованием данных работы [7].

3.1 Глубина резания. При черновой обработке припуск срезаем за один проход , тогда

мм

3.2 Назначаем подачу. Для державки резца сечением 25х25 мм, диаметра обработки до 100 мм и глубины резания до 8 мм рекомендуется подача S=0,5...0,7 мм/об;

Проверим допустимость рекомендуемой подачи по мощности электродвигателя , прочности державки резца и прочности пластинки твердого сплава.

Для глубины резания t=6 мм, мощности электродвигателя Nд=8 кВт и для резца j1 > 0° допускается подача S = 0,7мм/об. Для стали с пределом прочности sв = 550 МПа (55 кг/мм2) поправочный коэффициент Кмs = 1,07. Следовательно, подача, допускаемая мощностью электродвигателя (из условий обеспечения работы для твердого сплава со скоростью не ниже 50 м/мин) S = 0,7×1,07 = 0,75 мм/об.

Для резца с державкой сечением 25х25 мм и глубиной резания t = 6 мм находим подачу S =3 мм/об. Умножив эту подачу на поправочный коэффициент Кмs = 1,07, соответствующий стали с пределом прочности sв = 550 МПа (55 кг/мм2), и Кмs = 0,58, соответствующий вылету резца l = 1,5H, найдем подачу, допустимую прочностью державки резца: S = 3×1,07×0,58 = 1,86 мм/об.

Для резца с главным углом в плане j = 45°, толщиной пластинки твердого сплава с = 4 мм и для глубины резания t = 6 мм находим подачу S = 1,11 мм/об. С учетом поправочного коэффициента для стали (sв = 550 МПа), Кмs = 1,07, допускается подача по прочности пластинки твердого сплава

S = 1,11×1,07 = 1,19 мм/об.

Из сопоставления подач S = 0,7 мм/об, S = 1,86 мм/об и S = 1,19 мм/об, видим, что величину подачи лимитирует мощность электродвигателя. Подача, допустимая мощностью электродвигателя, не ограничивает максимальную подачу S = 0,7 мм/об. Такая подача имеется на станке (согласно паспортным данным), следовательно, ее и примем для выполнения технологического перехода обработки Æ68 .

3.3. Скорость резания и частота вращения шпинделя. Для глубины резания t=6 мм резца проходного прямого с главным углом в плане j = 45° для S = 0,7 мм/об соответствует V = 100 м/мин, Pz = 6630 H, Nэ = 10,7 кВт.

Определяем поправочные коэффициенты для измененных условий резца. В данном примере необходимо учесть только поправочный коэффициент в зависимости от предела прочности обработанного материала sв. Для sв = 550 МПа находим Kmv = 1,18, , .

Следовательно, для заданных условий обработки нормативные значения V, Pz и Nэ составляют: V = 100×1,18 = 118 м/мин; Pz = 6630×0,92 = 6100 Н; Nэ = 10,7×1,09 = 11,6 кВт.

Найденный режим не может быть осуществлен на заданном станке , так как эффективная мощность , потребная на резание Nэ = 11,6 кВт, выше мощности на шпинделе, допустимой номинальной мощностью электродвигателя (7,5 кВт по паспорту станка). Необходимо уменьшить скорость резания. Коэффициент изменения скорости резания зависит от отношения мощности на шпинделе, допускаемой станком, к мощности по нормативам.

В данном примере это отношение будет 7,5/11,6 = 0,6.

Для этого соотношения коэффициент изменения скорости резания: Kv = 0,55 м/мин. Скорость резания, установленная по мощности станка ,

V = 188×0,55 = 65 м/мин

Частота вращения шпинделя

об/мин

По паспорту станка выбираем n = 250 об/мин. Тогда фактическая скорость резания

м/мин.

Окончательно для перехода обработки Æ80: глубина резания t=6мм, подача S = 0,7 мм/об, n = 250 об/мин, Vф = 62,8 м/мин.

4. Основное время

мин.

где L - путь резца

L=l+l1=275+6=281 мм

здесь l1 - величина врезания резца (для данного примера). Для глубины резания t = 6 мм и главном угле в плане j = 45° находим l1 = 6 мм;

l - длина обработанной поверхности.

Порядок выполнения работы:

Пользуясь методическими указаниями и дополнительной литературой, изучить порядок определения режима резания. Ознакомиться со справочником [7].

Выполнить эскиз обработки.

Выбрать режущий инструмент, выполнить эскиз.

Назначить глубину резания.

Определить подачу.

Определить скорость, силу и мощность затрачиваемую на резание.

Определить частоту вращения шпинделя и скорректировать по паспорту станка.

Определить действительную скорость резания.

Определить основное технологическое время.

Составить отчет по форме.

Содержание и форма отчета:

Определить режимы резания по таблицам нормативов (по заданному варианту) для обработки на токарно-винторезном станке 16К20.

Исходные данные приведены в таблице.

Форма отчета:

Наименование работы.

Цель работы.

Задание.

Эскиз обработки.

Эскиз режущего инструмента

Расчет параметров режима резания согласно индивидуальному заданию.

Таблица. Варианты задания к работе 10

Заготовка, материал и его свойства

Вид обработки и параметр шероховатости

D, мм

d, мм

l, мм

1

2

3

4

5

6

1

Прокат. Сталь 45, sв=600 МПа

Растачивание на проход, Ra=3,2 мкм

97

100H10

120

2

Прокат. Сталь 2Х13, sв=600 МПа

Обтачивание на проход, Ra=3,2 мкм

80

70h10

300

3

Прокат. Сталь ШХ15, sв=700 МПа

Растачивание в упор, Ra=12,5мкм

90

95H12

50

4

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 15, НВ197

Обтачивание в упор, Ra=12,5 мкм

100

94h12

150

5

Прокат. Латунь ЛМцЖ 52-4-1 НВ220

Растачивание на проход, Ra=12,5 мкм

48

54H12

70

6

Отливка. Чугун ВЧ 60-2. НВ240

Растачивание, Ra=3,2 мкм

70

63h10

60

7

Прокат. Сталь 40Х, sв=700 МПа

Обработка в упор, Ra=12,5 мкм

66

70H12

100

8

Обработанная. СЧ 24, НВ207

Обработка в упор, Ra=3,2 мкм

120

114h10

250

9

Поковка. Чугун КЧ33 НВ163

Обработка на проход, Ra=12,5 мкм

110

116H12

150

10

Обработанная.Сталь20Х, sв=550 МПа

Обработка в упор, Ra=1,6 мкм

80

70h7

200

11

Прокат. Сталь 40ХН, sв=700 МПа

Обработка на проход, Ra=3,2 мкм

74

80H10

75

12

Прокат. Сталь 18ХГТ, sв=700 МПа

Обработка на проход, Ra=12,5 мкм

170

155h12

125

13

Обработанная.Сталь65Г, sв=700 МПа

Обработка в упор, Ra=12,5 мкм

62

70H12

80

14

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 21, НВ205

Обработка в упор, Ra=12,5 мкм

125

113h12

275

15

Поковка. Чугун КЧ35 НВ163

Обработка на проход, Ra=3,2 мкм

138

150H10

100

16

Обработанная.Сталь1Х13,sв=500МПа

Обтачивание на проход, Ra=3,2 мкм

90

81h10

175

17

Прокат. Сталь 1Х18Н9Т, sв=550 МПа

Обработка в упор, Ra=12,5 мкм

42

50H12

90

18

Отливка с коркой. Бронза БрАЖН 10-4. НВ170

Обтачивание на проход, Ra=1,6 мкм

105

100h7

85

19

Отливка с коркой. Серый чугун СЧ 40, НВ210

Обработка на проход, Ra=3,2 мкм

60

69H12

45

20

Обработанная.Сталь35, sв=560МПа

Обработка на проход, Ra=1,6 мкм

115

100h7

280

21

Прокат. Сталь 38ХА, sв=680 МПа

Обработка на проход, Ra=1,6 мкм

85

90H7

110

22

Отливка с коркой. Сталь35ХГСЛ, sв=800Мпа

Обтачивание, Ra=12,5 мкм

95

90h12

70

23

Прокат. Сталь 20, sв=420 МПа

Обработка на проход, Ra=1,6 мкм

65

70H7

50

24

Обработанная.Сталь50, sв=900МПа

Обработка в упор, Ra=12,5 мкм

55

51h12

35

25

Обработанная.Сталь50Х, sв=650МПа

Обработка в упор, Ra=3,2 мкм

32

35H10

20

26

Отливка с коркой. Сталь30Л, sв=480МПа

Обработка на проход, Ra=1,6 мкм

100

92h7

195

27

Прокат. Сталь 30ХМ, sв=1000 МПа

Обработка на проход, Ra=12,5 мкм

75

80H12

120

28

Прокат. Сталь 30, sв=600 МПа

Обработка в упор, Ra=3,2 мкм

116

98h10

115

29

Отливка с коркой. Чугун ЖЧХ, НВ250

Обработка на проход, Ra=12,5 мкм

95

115H12

180

30

Прокат. Сталь 65Г, sв=700 МПа

Обработка на проход, Ra=12,5 мкм

150

128h12

300

Работа 11. Назначение режима резания при сверлении,

зенкеровании и развертывании

Цель работы: изучить методику назначения режимов резания по таблицам нормативов. Ознакомиться и приобрести навыки работы с нормативами.

Общие сведения

Наиболее распространенным методом получения отверстий резанием является сверление.

Движение резания (главное движение) при сверлении – вращательное движение, движение подачи – поступательное. В качестве инструмента при сверлении применяются сверла. Самые распространенные из них – спиральные, предназначены для сверления и рассверливания отверстий , глубина которых не превышает 10 диаметров сверла. Шероховатость поверхности после сверления Ra = 12,5…6,3 мкм, точность по 11-14 квалитету. Градация диаметров спиральных сверл должна соответствовать ГОСТ 885-86. Для получения более точных отверстий (8…9 квалитет) с шероховатостью поверхности Ra = 6,3…3,2 мкм применяют зенкерование. Исполнительные диаметры стандартных зенкеров соответствуют ГОСТ1677-85. Развертывание обеспечивает изготовление отверстий повышенной точности (5-7 квалитет) низкой шероховатости до Ra = 0,4 мкм.

Исполнительные размеры диаметров разверток из инструментальных сталей приведены в ГОСТ 11174-85, с пластинками из твердого сплава в ГОСТ 1173-85.

Отличительной особенностью назначения режима резания при сверлении является то, что глубина резания t=D/2, при рассверливании, зенкеровании и развертывании.

, мм.

При рассверливании отверстий подача, рекомендуемая для сверления, может быть увеличена в 2 раза.

Порядок назначения остальных элементов режима резания аналогичен назначению режимов резания при токарной обработке.

Средние значения припусков на диаметр, снимаемых зенкерами и развертками см. в приложении 4.

Пример. На вертикально-сверлильном станке 2Н125 обработать сквозное отверстие диаметром 25Н7 (Ra = 1,6 мкм), l = 125 мм. Материал заготовки СЧ18 (НВ210).

Необходимо: выбрать режущий инструмент, назначить режим резания по таблицам нормативов, определить основное время.

Решение: 

Выбор инструмента.

Согласно исходных данных операция выполняется в три перехода: сверление, зенкерование и развертывание.

Для сверления чугуна СЧ18 (НВ210) согласно [7] выбираем сверло D=22 мм из стали Р18 , заточенное по методу В.И. Жирова, 2j = 118°; 2j0 = 70°; для зенкерования – цельный зенкер D = 24,9 мм из стали Р18; j = 45°; aр = 10°; для развертывания – цельную развертку D = 25 мм, j = 5° из стали Р18.

Рис. 32 Эскиз обработки

Выбор режима резания.

Расчет режимов резания выполним в традиционной последовательности с использованием данных работы [7].

Сверление

Выбор подачи.

Для сверления чугуна НВ210 сверлом диаметром 22 мм выбираем подачу S = 0,65…0,75 мм/об. С учетом поправочного коэффициента на длину сверления Кls = 0,9 получим расчетные величины подач

S = 0,59…0,68 мм/об.

По паспорту станка устанавливаем ближайшую подачу к расчетной S = 0,56 мм/об.

Выбор скорости резания и частоты вращения шпинделя.

Исходя из диаметра сверла 22 мм и установленной подачи S = 0,56 мм/об, методом двойной интерполяции определяем нормативные скорость резания и частоту вращения шпинделя.

nш = 396 мин-1.

Учитывая поправочные коэффициенты на заточку сверла по методу В.И. Жирова (ЖДП) Кфv = 1,05, на длину сверления (l = 5D), Кlv =0,75 и на механические свойства серого чугуна НВ210 Кмv =0,88 , получаем расчетное значение частоты вращения шпинделя

n = nш× Кфv × Кlv × Кмv = 396×1,05×0,75×0,88 = 274 мин-1.

Ближайшее значение частоты вращения шпинделя по паспорту станка nш = 250 мин-1. Тогда фактическая скорость резания будет равна

м/мин.

Проверка выбранного режима по осевому усилию и мощности.

Для установленных условий сверления D = 22 мм, S = 0,56 мм/об и nш = 250 об/мин методом двойной интерполяции получаем осевое усилие Pн=6010 Н и крутящий момент Мк р = 65720 Н×мм.

С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал Кмм = Кмр = 1,06 и заточки по методу Жирова (ЖДП) Кфр = 0,66 и Кфм = 1 получим

Р = Рн× Кмр× Кфр = 6010×1,06×0,66 = 4205 Н

По паспорту станка наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи, равно 15000Н.

М=Ммрн×Кмм×Кфм = 65720×1,06×1 = 69660 Н×мм.

Пользуясь графиком определяем при Мкр = 69660 Н×мм и nш = 250 мин-1 мощность, потребную на резание : Nрез = 1,6 квт.

По паспорту станка мощность на шпинделе

Nэ = Nд×h = 4,5×0,8 = 3,6 кВт; Nэ = 3,6>Nрез = 1,6 кВт.

Следовательно, станок не лимитирует выбранного режима резания.

Зенкерование: 

Выбор подачи.

Для зенкерования отверстия в сером чугуне НВ210 зенкером диаметром 24,9 мм (25 мм) при последующей обработке отверстия одной разверткой рекомендуется подача S = 0,55…0,6 мм/об. Ближайшая подача по паспорту станка S = 0,56 мм/об.

Выбор скорости резания и частоты вращения шпинделя.

Исходя из диаметра зенкера D=24,9 (25) мм, для подачи S = 0,56 мм/об путем интерполяции определяем частоту вращения шпинделя nш = 329 мин-1.

С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал Kмv = 0,88 число оборотов будет равно n = nн× Kмv = 329×0,88 = 289 мин-1. Ближайшее число оборотов по паспорту станка nш = 250 мин-1. Фактическая скорость резания

м/мин.

Развертывание:

Выбор подачи.

Для развертывания отверстия в сером чугуне НВ > 200 механической разверткой D = 25 мм с чистотой поверхности отверстия Ra = 1,6 мкм рекомендуется подача S = 1,9 мм/об. Ближайшая подача по паспорту станка S = 1,6 мм/об.

Выбор скорости резания и частоты вращения шпинделя.

Для развертывания отверстия диаметром 25 мм с подачей 1,6 мм/об рекомендуется частота вращения nш = 105 мин-1. С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал серый чугун НВ > 200 Кмn = 0,88. Тогда

n = nш× Кмn = 105×0,88 = 92 мин-1

Ближайшее значение частоты вращения шпинделя по паспорту станка

n = 90 мин-1.

Фактическая скорость резания

м/мин.

Определение основного (технологического) времени.

Величина врезания и перебега инструментов l1 при работе на проход для сверла с двойной заточкой равна 12 мм; для зенкера 5 мм и для развертки 30 мм.

При длине отверстия l = 125 мм основное (технологическое) время каждого перехода равно

мин

мин

мин

Основное время операции

T0 = t01 + t02 + t03 = 0,98 + 0,93 + 1,0 = 2,91 мин.

Порядок выполнения работы: аналогичен предыдущей работе.

Содержание и форма отчета:

Выполнить расчет режима резания по таблицам нормативов для обработки сквозного отверстия на вертикально-сверлильном станке 2Н135 по заданному варианту. Исходные данные в таблице .

Форма отчета: аналогична предыдущей работе

Таблица. Варианты задания к работе 11

Материал заготовки и его характеристики

Диаметр отверстия D мм, параметр шероховатости, мкм

Длина отверстия l, мм

1

2

3

4

1

Сталь 12ХН2, sв=800 МПа

18Н7, Ra=1,6

50

2

Сталь 12ХН3А, sв=950 МПа

25Н5, Ra=0,4

60

3

Серый чугун СЧ30, НВ200

30Н5, Ra=0,4

80

4

Серый чугун СЧ20, НВ210

35Н7, Ra=1,6

90

5

Сталь 38ХА, sв=680 МПа

28Н7, Ra=1,6

55

6

Сталь 35, sв=560 МПа

38Н8, Ra=6,3

75

7

Серый чугун СЧ15, НВ170

45Н9, Ra=3,2

45

8

Серый чугун СЧ10, НВ160

17Н7, Ra=1,6

50

9

Сталь 40ХН, sв=700 МПа

45Н9, Ra=6,3

100

10

Сталь Ст3, sв=600 МПа

50Н9, Ra=6,3

60

11

Сталь 40Х, sв=750 МПа

22Н5, Ra=0,4

95

12

Сталь Ст5, sв=600 МПа

16Н5, Ra=0,4

30

13

Серый чугун СЧ20, НВ180

38Н9, Ra=6,3

85

14

Серый чугун СЧ20, НВ200

50Н9, Ra=3,2

50

15

Сталь 20Х, sв=580 МПа

20Н5, Ra=0,4

40

16

Сталь 50, sв=750 МПа

30Н7, Ra=1,6

60

17

Бронза Бр АЖН 10-4, НВ170

28Н7, Ra=1,6

55

18

Латунь ЛМцЖ 52-4-1, НВ220

40Н9, Ra=3,2

80

19

Серый чугун СЧ30, НВ220

23Н5, Ra=0,4

45

20

Серый чугун СЧ20, НВ220

32Н7, Ra=1,6

35

21

Сталь 30ХН3А, sв=800 МПа

20Н7, Ra=1,6

60

22

Сталь 30ХМ, sв=780 МПа

55Н8, Ra=3,2

110

23

Сталь 45, sв=650 МПа

48Н9, Ra=6,3

96

24

Сталь 20, sв=500 МПа

50Н8, Ra=3,2

100

25

Силумин АЛ4, НВ50

35Н7, Ra=1,6

60

26

Чугун КЧ35, НВ163

42Н9, Ra=6,3

50

27

Сталь 38ХС, sв=950 МПа

22Н5, Ra=0,4

45

28

Сталь 50, sв=900 МПа

37Н9, Ra=6,3

70

29

Чугун ЖЧХ, НВ280

32Н7, Ra=1,6

65

30

Чугун ВЧ60, НВ250

27Н5, Ra=0,4

55

Работа 12. Расчет режима резания при фрезеровании

Цель работы: Изучить методику назначения режима резания по таблицам нормативов. Ознакомиться и приобрести навыки работы с нормативами.

Общие сведения

Фрезерование – один из самых производительных методов обработки. Главное движение (движение резания) при фрезеровании – вращательное; его совершает фреза, движение подачи обычно прямолинейное, его совершает фреза. Фрезерованием можно получить деталь точностью по 6-12 квалитету шероховатостью до Ra = 0,8 мкм. Фрезерование осуществляется при помощи многозубого инструмента – фрезы. Фрезы по виду различают: цилиндрические, торцевые, дисковые, прорезные и отрезные, концевые, фасонные; по конструкции – цельные, составные и сборные.

При торцевом фрезеровании (обработка торцевой фрезой) диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования В, т.е. D = (1,25…1,5)В.

Для обеспечения производительных режимов работы необходимо применять несимметричную схему фрезерования (есть симметричная схема), для чего ось заготовки смещается относительно оси фрезы.

При цилиндрическом фрезеровании различают встречное фрезерование, – когда вектор скорости (направление вращения фрезы) направлен навстречу направлению подачи; и попутное фрезерование, когда вектор скорости и направление подачи направлены в одну сторону. Встречное фрезерование применяют для черновой обработки заготовок с литейной коркой, с большими припусками. Попутное фрезерование применяют для чистовой обработки нежестких, предварительно обработанных заготовок с незначительными припусками.

Глубина резания (фрезерования) t во всех видах фрезерования, за исключением торцевого фрезерования и фрезерования шпонок, представляет собой размер слоя заготовки срезаемой при фрезеровании, измеряемый перпендикулярно оси фрезы. При торцевом фрезеровании и фрезеровании шпонок шпоночными фрезами – измеряют в направлении параллельном оси фрезы.

При фрезеровании различают подачу на один зуб Sz [мм/зуб] подачу на один оборот фрезы Sо [мм/об] и минутную подачу Sм [мм/мин], которые находятся в следующем соотношении:

Sм= Sо × n = Sz ×z × n, мм/мин,

где n – частота вращения фрезы, мин-1;

z – число зубьев фрезы.

При черновом фрезеровании назначают подачу на зуб; при чистовом фрезеровании – подачу на один оборот фрезы.

Скорость резания – окружная скорость фрезы, определяется режущими свойствами инструмента. Ее можно рассчитать по эмпирической формуле [2] , [3], или выбрать по таблицам нормативов [4], [7].

Пример. На вертикально-фрезерном станке 6Р12 производится торцевое фрезерование плоской поверхности шириной В = 80 мм, длиной l = 400 мм, припуск на обработку h = 1,8 мм. Обрабатываемый материал серый чугун СЧ30 (НВ 220). Заготовка предварительно обработана. Обработка окончательная, параметр шероховатости обработанной поверхности Ra = 3,2 мкм. Необходимо: выбрать режущий инструмент , назначить режим резания с использованием таблиц нормативов, определить основное (технологическое) время.

Рис. 33 Эскиз обработки

Решение:

1. Выбор инструмента.

Для фрезерования на вертикально-фрезерном станке заготовки из чугуна выбираем торцевую фрезу с пластинками из твердого сплава ВК6 [2] или [3], диаметром D = (1,25…1,5) × В = (1,25…1,5) 80 = 100…120 мм. Принимаем D = 100 мм; z = 10, ГОСТ 9473-? [2] или [3].

Геометрические параметры фрезы: j = 60°, a = 12°, g = 10°, l = 20°, j1 = 5°.

Схема установки фрезы – смещенная.

2. Режим резания.

2.1. Глубина резания.

Заданный припуск на чистовую обработку срезают за один проход, тогда

t = h = 1,8 мм

2.2 Назначение подачи.

Для получения шероховатости Ra = 6,3 мкм подача на оборот S0 = 1,0..0,7 мм/об [4].

Тогда подача на зуб фрезы

мм/зуб.

2.3. Период стойкости фрезы.

Для фрез торцевых диаметром до 110 мм с пластинками из твердого сплава применяют период стойкости

Т = 180 мин [4],

2.4. Скорость резания , допускаемая режущими свойствами инструмента.

При обработке серого чугуна фрезой диаметром до 110 мм, с глубиной резания t до 3,5 мм и подачей до 0,1 мм/зуб.

V = 203 м/мин [4],

С учетом поправочных коэффициентов Kmv = 1; Knv = 1; при  ;

КБV = 1; Kjv = 1 [4],

V = V× Kmv× Knv× КБV× Kj = 203×1 = 203 м/мин.

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости резания

мин-1.

Корректируем по паспорту станка

nш = 630 мин-1.

Действительная скорость резания

м/мин.

2.5. Минутная подача Sм = Sz×z×n = 0,1×10×630 = 630 мм/мин. Это совпадает с паспортными данными станка.

3. Мощность, затрачиваемая на резание.

При фрезеровании чугуна с твердостью до НВ229, ширине фрезерования до 85 мм, глубине резания до 1,8 мм, подаче на зуб до 0,13 мм/зуб, минутной подаче до 660 мм/мин

Np = 3,8 кВт [4],

3.1 Проверка достаточности мощности станка

Мощность на шпинделе станка Nшп = Nд×h

Nд = 7,5 кВт; h = 0,8 (по паспорту станка)

Nшп = 7,5×0,8 = 6 кВт.

Так как Nшп = 6 кВт > Np = 3,8 кВт, то обработка возможна.

4. Основное время

, мин

где L = l + l1.

Для торцового фрезерования фрезой диаметром 100 мм, ширине фрезерования 80 мм

l1 = 23 мм [4],

мин.

 

 

Порядок выполнения работы: аналогичен предыдущей работе.

Содержание и форма отчета:

Выполнить расчет режима резания по таблицам нормативов по заданному варианту. Исходные данные приведены в таблице .

Форма отчета: аналогична предыдущей работе

Таблица. Варианты задания к работе 12

Вид заготовки и ее характеристика

В, мм

l, мм

h, мм

Вид обработки и параметр шероховатости, мкм

Модель станка

1

2

3

4

5

6

7

1

Серый чугун СЧ30, НВ200

100

600

5

Торцовое фрезерование, Ra=12,5

6Р12

2

Серый чугун СЧ20, НВ210

150

500

4

Торцовое фрезерование, Ra=1,6

6Р12

3

Сталь 38ХА, sв=680 Мпа

80

400

6

Торцовое фрезерование, Ra=12,5

6Р12

4

Сталь 35, sв=360 Мпа

90

480

3,5

Торцовое фрезерование, Ra=1,6

6Р12

5

Серый чугун СЧ15, НВ170

50

300

3,5

Цилиндрическое фрезерование, Ra=3,2

6Р82Г

6

Серый чугун СЧ10, НВ160

80

250

1,5

Цилиндрическое фрезерование, Ra=3,2

6Р82Г

7

Сталь 40ХН, sв=700 Мпа

70

320

4

Цилиндрическое фрезерование, Ra=12,5

6Р82Г

8

Сталь Ст3, sв=600 Мпа

85

600

1,5

Цилиндрическое фрезерование, Ra=3,2

6Р82Г

9

Сталь 40Х, sв=750 Мпа

10

100

5

Фрезеровать паз, Ra=6,3

6Р12

10

Сталь Ст5, sв=600 Мпа

12

80

8

Фрезеровать паз ,Ra=6,3

6Р12

11

Серый чугун СЧ20, НВ180

20

120

10

Фрезеровать паз ,Ra=6,3

6Р12

12

Серый чугун СЧ20, НВ200

15

75

8

Фрезеровать паз ,Ra=6,3

6Р82Г

13

Сталь 20Х, sв=580 Мпа

8

110

8

Фрезеровать паз ,Ra=6,3

6Р82Г

14

Сталь 50, sв=750 Мпа

12

120

6

Фрезеровать паз ,Ra=6,3

6Р82Г

15

Бронза Бр АЖН 10-4 НВ170

100

300

4

Торцовое фрезерование, Ra=12,5

6Р12

16

Латунь ЛМцЖ 52-4-1, НВ220

60

180

1,5

Торцовое фрезерование, Ra=1,6

6Р12

17

Серый чугун СЧ30, НВ220

180

200

4,5

Торцовое фрезерование, Ra=12,5

6Р12

18

Серый чугун СЧ20, НВ220

110

280

2,5

Торцовое фрезерование, Ra=3,2

6Р12

19

Сталь 30ХНЗА, sв=800 Мпа

80

320

5

Цилиндрическое фрезерование, Ra=12,5

6Р82Г

20

Сталь 30ХН, sв=780 МПа

115

300

3

Цилиндрическое фрезерование, Ra=3,2

6Р82Г

21

Сталь 45, sв=650 МПа

40

280

1,8

Цилиндрическое фрезерование, Ra=1,6

6Р82Г

22

Сталь 20, sв=500 МПа

35

400

3,5

Цилиндрическое фрезерование, Ra=6,3

6Р82Г

23

Силумин АЛ4, НВ50

55

250

4

Торцовое фрезерование, Ra=6,3

6Р12

24

Сталь 30ХМ, sв=950 МПа

70

310

4,5

Торцовое фрезерование, Ra=12,5

6Р12

25

Сталь 18ХГТ, sв=700 МПа

85

350

2,5

Торцовое фрезерование, Ra=3,2

6Р12

26

Чугун ВЧ60, НВ250

120

300

5

Торцовое фрезерование, Ra=12,5

6Р12

27

Сталь 50, sв=900 МПа

60

250

6

Торцовое фрезерование, Ra=6,3

6Р12

28

Чугун КЧ60, НВ169

200

450

5,5

Торцовое фрезерование, Ra=3,2

6Р12

29

Сталь 18ХГТ, sв=700 МПа

85

300

4,5

Цилиндрическое фрезерование, Ra=12,5

6Р82Г

30

Чугун ВЧ38, НВ170

65

200

3

Цилиндрическое фрезерование, Ra=3,2

6Р82Г

Работа 13. Расчет режима резания при нарезании зубьев зубчатых колес

Цель работы: изучить методику расчета режима резания при зубонарезании по таблицам нормативов. Приобрести навыки работы по нормативам.

Общие сведения

Профиль зубьев зубчатого колеса образуется путем удаления материала впадины следующими способами обработки: фрезерованием, строганием, долблением, протягиванием, шевингованием и шлифованием.

Различают два метода нарезания зубьев:

копирования – когда форма режущей кромки инструмента соответствует форме впадины зубчатого колеса (дисковые, пальцевые модульные фрезы, зубодолбежные головки);

обкатки – поверхность зуба получается в результате обработки инструментом, режущие кромки которого представляют собой профиль сопряженной рейки или профиль зуба сопряженного колеса и во время обработки инструмент с заготовкой образуют сопряженную зубчатую пару (червячные фрезы, долбяки, шеверы и др.).

Метод обкатки имеет следующие преимущества по сравнению с методом копирования:

одним и тем же инструментом данного модуля можно нарезать зубчатые колеса с любым числом зубьев;

обеспечивается более высокая точность и низкая шероховатость поверхности зубьев нарезаемого колеса;

достигается более высокая производительность обработки благодаря непрерывности процесса и участию в работе одновременно большего количества лезвий.

Дисковая и пальцевая модульные фрезы представляют собой фасонные фрезы, профиль зуба которых повторяет профиль впадины нарезаемого колеса. Обработка производится по методу копирования. Пальцевые модульные фрезы применяют для получения шевронных и зубчатых колес большего модуля. Главным движением (движением резания) является вращение фрезы вокруг своей оси. Движением подачи является движение фрезы вдоль оси заготовки.

При обработке червячной фрезой (метод обкатывания) движение резания – вращение фрезы, движение подачи – поступательное движение фрезы вдоль оси заготовки.

Зуборезный долбяк выполнен в виде зубчатого цилиндрического колеса и снабжен режущими кромками. Главное движение (движение резания) при зубодолблении – возвратно-поступательное движение долбяка, движений подачи два: движение обкатывания по делительным окружностям долбяка и нарезаемого колеса и радиальное перемещение. Зубодолбление применяют для нарезания наружных и внутренних зубьев прямых и косозубых колес.

Глубина резания при черновом нарезании зубьев (Ra = 12,5 мкм), как правило, принимается равной глубине впадины t = h = 2,2 × m, где m – модуль нарезаемого колеса, мм.

Обычно черновые червячные фрезы профилируются такими, чтобы ими можно было нарезать зубья на полную глубину, но оставляя припуск на окончательную обработку лишь боковым сторонам зуба. Если мощности и жесткости станка недостаточно, припуск на черновую обработку срезают за два прохода: первый проход h = 1,4m, второй проход , h = 0,7m.

Чистовую обработку в два прохода применяют только при зубодолблении цилиндрических колес дисковыми долбяками с модулем 6 мм и выше при шероховатости выше Ra = 1,6 мкм.

Подачи выбирают с учетом качества и точности нарезаемого колеса, мощности станка, модуля и числа зубьев нарезаемого колеса [5].

Скорость резания устанавливают в зависимости от режущих свойств инструмента. Размеров нарезаемого зуба. Глубины резания, подачи и других факторов по таблицам нормативов [5], или по эмпирической формуле [3].

Основное время при зубофрезеровании червячной фрезой

, мин

где z - число зубьев нарезаемого колеса;

n - частота вращения фрезы, об/мин;

S0 – подача фрезы за оборот заготовки, мм/об;

K - число заходов фрезы.

При чистовой обработке применяют однозаходную фрезу, при черновой – многозаходную.

L – величина хода фрезы

L = b + l1,

где b – ширина венца нарезаемого колеса, мм;

 l1 – величина врезания и перебега, мм

Основное время при зубодолблении

, мин,

где m – модуль нарезаемого колеса, мм;

z – число зубьев нарезаемого колеса;

Kд – число двойных ходов в минуту долбяка, дв.ход/мин;

 S – круговая подача, мм/дв.ход;

 Sp – радиальная подача, мм/дв.ход;

 i – число проходов;

h – припуск на обработку, мм.

Пример. На зубодолбежном станке 5122 нарезают долбяком прямозубое зубчатое колесо модуля m = 3 мм с числом зубьев z = 40, шириной венца b = 40 мм. Обработка чистовая (Ra = 1,6 мкм) по сплошному металлу. Материал заготовки – сталь 40Х, твердость НВ190.

Необходимо: выбрать режущий инструмент, назначить режим резания (по таблицам нормативов), определить основное время.

Решение:

Рис. 34 Эскиз обработки

Выбор инструмента

Для зубодолбления цилиндрического колеса принимаем дисковый прямозубый долбяк модуля 3 тип 1 ГОСТ 9323-85 [2] или [3] из быстрорежущей стали Р6М5 [2] или [3].

Угол заточки по передней поверхности зубьев gз = 5° [2], [3], [5].

2. Режим резания.

2.1. Круговая подача для станка модели 5122 с мощностью двигателя 3 кВт, т.е. III классификационной группы [5] , для чистовой обработки по сплошному металлу, обработки стали с твердостью до НВ207, при модуле нарезаемого колеса до m=3 мм, S=0,25¸0,3 мм/дв.ход [5].

С учетом поправочных коэффициентов Кms=1 и паспортных данных станка принимаем S=0,25 мм/ дв.ход.

2.2. Радиальная подача.

Sp = (0,1…0,3) × S [5],

Sp = (0,1…0,3) × 0,25 = 0,025…0,075 мм/дв.ход.

С учетом паспортных данных станка принимаем

Sp = 0,036 мм/дв.ход.

2.3. Период стойкости долбяка для чистовой обработки Т = 240 мин. [3].

2.4. Скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента. Для чистовой обработки по сплошному металлу, круговой подаче S = 0,25 мм/дв.ход и модуле до 4 мм

V = 20,5 м/мин.

C учетом поправочных коэффициентов Kmv = 1; Kbv = 1

Vp = V × Kmv × Kbv = 20,5 м/мин.

Число двойных ходов ходов долбяка в минуту , соответствующее найденной скорости резания,

где L – величина хода долбяка, мм

L = b + l1 = 40 + 8 = 48 мм,

где l1 – перебег долбяка на две стороны.

При ширине венца до 51 мм и l1 = 8 мм [5]

мм/дв.ход

В соответствии с паспортными данными принимаем

Кд=200 мм/дв.ход.

Действительная скорость резания

м/мин.

3. Проверка достаточности мощности станка

3.1. Мощность, затрачиваемая на резание

При чистовой обработке по сплошному металлу для данных условий обработки

N = 1,1 кВт [5],

С учетом поправочных коэффициентов KмN = 1; KbN = 1; KzN = 1,1

Np = N× KмN × KbN × KzN = 1,1×1×1×1,1 = 1,21 кВт.

3.2 Мощность на шпинделе станка

Nш = Nд×h кВт,

где Nд = 3 кВт; h = 0,65 – паспортные данные станка

Nш = 3×0,65 = 1,95 кВт.

Так как Nш = 1,95 кВт > Np = 1,21кВт, то обработка возможна.

4. Основное время

, мин

где i – число проходов

мин

Порядок выполнения работы: аналогичен предыдущей работе.

Содержание и форма отчета:

Выполнить расчет режима резания по таблицам нормативов по заданному варианту. Исходные данные приведены в таблице .

Форма отчета : аналогична предыдущей работе.

Таблица. Варианты задания к работе 13

Материал заготовки и его свойства

Вид обработки и шероховатость поверхности, мкм

Модуль, мм

Число зубьев, z

Ширина венца, b

Угол наклона зубьев,

Число одновременно обрабатываемых зубьев, д

Модель станка

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Сталь 12ХНЗА, НВ210

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=3,2

3

20

30

0

6

53А50

2

Сталь 30ХГТ, НВ200

Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6

8

25

40

0

1

5122

3

Серый чугун СЧ25, НВ210

Предварительное (под последующее зубодолбление)

6

30

32

15

5

53А50

4

Серый чугун СЧ20, НВ200

Предварительное (под последующее шевингование)

3

60

50

0

1

5122

5

Сталь 45, НВ190

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

2,5

80

60

0

3

5122

6

Сталь 40Х, НВ200

Предварительное (под шевингование)

7

28

55

0

1

5122

7

Сталь 35Х, НВ185

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

2

54

20

30

10

53А50

8

Сталь 12Х18Н9Т, НВ180

Предварительное (под шевингование)

4

45

32

0

1

5122

9

Бронза Бр АЖН 10-4, НВ170

Предварительное (под последующее зубодолбление)

2,5

65

35

15

6

53А50

10

Латунь ЛМцЖ 52-4-1, НВ220

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

1,5

84

25

0

1

5122

11

Сталь 14Х17Н2, НВ220

Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6

5

32

50

0

1

5122

12

Сталь 20Х, НВ170

Предварительное (под шевингование)

5,5

24

24

0

1

5122

13

Серый чугун СЧ10, НВ170

Предварительное (под последующее зубодолбление)

8

46

25

15

8

53А50

14

Серый чугун СЧ15, НВ190

Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6

6

30

38

0

1

5122

15

Сталь 38ХА, НВ190

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

1,5

55

24

0

1

5122

16

Сталь 35, НВ180

Предварительное (под шевингование)

4

42

40

0

1

5122

17

Сталь 20, НВ200

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

1,5

120

60

0

3

53А50

18

Серый чугун СЧ30, НВ220

Предварительное (под последующее зубодолбление)

5

66

18

15

10

53А50

19

Сталь 20Х, НВ165

Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6

8

22

30

0

1

5122

20

Сталь 45, НВ210

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=3,2

2

85

50

0

1

5122

21

Сталь 35Х, НВ185

Предварительное (под шевингование)

3

65

42

0

1

5122

22

Сталь 45ХН, НВ220

Окончательная (по предварительно прорезанному зубу)* Ra=1,6

6

24

28

0

1

5122

23

Серый чугун СЧ30, НВ220

Предварительное (под последующее зубодолбление)

8

50

45

30

4

53А50

24

Серый чугун СЧ10, НВ160

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

2,5

70

65

15

3

53А50

25

Сталь 45, НВ215

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

2

80

30

0

6

53А50

26

Серый чугун СЧ20, НВ240

Окончательная (по сплошному металлу) Ra=1,6

3

22

45

0

6

53А50

* В вариантах окончательной обработки по предварительно прорезанному зубу принять припуск на зубодолбление по межцентровому расстоянию h = 11,4 мм.

Работа 14. Расчет режима резания при шлифовании

Цель работы: изучить методику расчета режима резания при шлифовании аналитическим способом. Приобрести навыки работы со справочной литературой.

Общие сведения

Шлифование – процесс резания материалов с помощью абразивного инструмента, режущими элементами которого являются абразивные зерна. Движение резания при шлифовании – вращение шлифовального круга, движение подачи – возвратно-поступательное движение стола станка с заготовкой и (или) поступательное движение шлифовальной бабки со шлифовальным кругом.

Различают круглое наружное шлифование, внутреннее круглое шлифование, плоское шлифование, бесцентровое шлифование. Круглое наружное шлифование применяется для обработки цилиндрических наружных поверхностей и осуществляется двумя способами: с продольной подачей (метод врезания) – применяется если длина шлифуемой поверхности меньше ширины круга.

Разработку режимов резания при шлифовании начинают с выбора характеристики шлифовального круга.

Для этого устанавливают:

тип (форму) шлифовального круга [2] или [3],

материал абразивного зерна [2] или [3] , [6],

зернистость [2],

индекс зернистости [2],

твердость [2], [6],

структура [2], [6],

класс круга [2]. 

(Если выбор характеристики шлифовального круга производится по [3],то ее следует перевести в новое обозначение).

Выбор характеристики шлифовального круга можно провести по приложению 1 к данной инструкции.

После выбора элементов характеристики следует записать полную характеристику, которая содержит такие параметры: форму (тип), марку зерна, зернистость, индекс зернистости, твердость круга, структуру, тип связки, класс круга, допустимую окружную скорость.

Основными элементами режима резания при шлифовании являются:

окружная скорость в м/с (указывается в конце характеристики круга и является максимальной допускаемой прочностью круга);

скорость вращательного или поступательного движения детали в м/мин;

глубина шлифования t мм – слой металла, снимаемый шлифовальным кругом за один или двойной ход при круглом или плоском шлифовании или же равная всему припуску на сторону при врезном шлифовании;

продольная подача S – перемещение шлифовального круга вдоль своей оси в мм на оборот заготовки при круглом шлифовании или в мм на каждый ход стола при плоском шлифовании периферией круга;

радиальная подача Sp – перемещение шлифовального круга в радиальном направлении в мм на один оборот детали при врезном шлифовании.

Эффективная мощность (мощность необходимая для резания) рассчитывается по эмпирической формуле [2], [3] или определяется по таблицам нормативов.

Основное время при круглом шлифовании с продольной подачей

, мин

где h – припуск на сторону, мм;

 Vc – скорость продольного хода стола , м/мин;

tглубина шлифования, мм;

К – коэффициент выхаживания;

К = 1,4 – при чистовом шлифовании;

К = 1,1 – при предварительном шлифовании;

 L – величина хода стола, мм

L = l - (1 - K×m)×Bk , мм

где l – длина шлифуемой поверхности;

К – число сторон перебега круга (К = 2 – при сбеге круга в обе стороны, К = 1 – при сбеге круга в одну сторону, К = 0 – без сбега);

 m – перебег в долях ширины круга;

 Bk – ширина шлифовального круга, мм.

При круглом наружном шлифовании методом врезания

, мин,

где nз – частота вращения заготовки, об/мин;

 Sp – радиальная подача, мм/об.

При круглом шлифовании

, мин

где S – продольная подача, мм/об.

При круглом внутреннем шлифовании перебег круга в обе стороны равен 0,5×В, тогда

L = l - (1 - 2×0,5)×B, т.е. L = l мм

Плоское шлифование

, мин

где Н – перемещение шлифовального круга в направлении поперечной подачи, мм;

 L – величина хода стола, мм;

hприпуск на сторону;

 Vc – скорость движения стола, м/мин;

 g – число одновременно шлифуемых заготовок.

Н = Вз + Вк + 5, мм

где Вз – суммарная ширина заготовок, установленных на столе, мм.

Вк – величина шлифовального круга, мм.

L = l + (1015), мм

где l – суммарная длина заготовок , установленных на столе, мм.

Пример. На кругло шлифовальном станке 3М131 шлифуется шейка вала диаметром D = 80h6 мм длиной l = 300 мм, длина вала l1 = 550 мм. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra = 0,4 мкм. Припуск на сторону 0,2 мм. Материал заготовки – сталь 45 закаленная, твердостью HRC45.

Необходимо: выбрать шлифовальный круг, назначить режим резания; определить основное время.

Решение:

Рис.35. Эскиз обработки

1. Выбор шлифовального круга.

Для круглого наружного шлифования с продольной подачей (шлифовать с радиальной подачей нельзя из-за большой длины шлифуемой поверхности), параметра шероховатости Ra = 0,4 мкм, конструкционной закаленной стали до HRC45 принимаем:

шлифовальный круг формы ПП, [2],

характеристика – 24 А401К, [6],

индекс зернистости – Н, [2],

структура – 5, [6],

класс – А, [2],

Полная маркировка круга ПП24 А40НС15КА 35 м/с.

Размеры шлифовального круга Dk = 600 мм; Вк = 63 мм (по паспорту станка).

2. Режим резания

2.1 Скорость шлифовального круга Vk = 35 м/с [2].

Частота вращения шпинделя шлифовальной бабки

, мин-1

мин-1

Корректируя по паспортным данным станка, принимаем

nш = 1112 мин-1

(корректируется только в меньшую сторону).

Режимы резания для окончательного круглого наружного шлифования конструкционных сталей с подачей на каждый ход определяют по [2] или [3].

2.2. Окружная скорость заготовки Vз =15…55 м/мин; принимаем Vз = 30 м/мин.

Частота вращения шпинделя передней бабки, соответствующая принятой окружной скорости заготовки,

, мин-1

мин-1

Так как частота вращения заготовки регулируется бесступенчато, принимаем nз = 120 мин-1.

2.3. Глубина шлифования

t = 0,005…0,015 мм.

Принимаем, учитывая бесступенчатое регулирование поперечной подачи шлифовального круга на ход стола,

t = 0,005 мм.

2.4. Продольная подача

S = (0,20,4)×Вк , мм/об.

Принимаем S = 0,25×Вк = 0,25×63 =15,75 мм/об.

2.5 Скорость продольного хода стола

м/мин.

С учетом паспортных данных (бесступенчатое регулирование скорости продольного хода стола) принимаем

Vc = 1,9 м/мин.

3. Проверка достаточности мощности станка

3.1 Мощность затрачиваемая на резание

Np = CN×Vзz×tx×Sy×dq , кВт [2], [3],

где CN – коэффициент, учитывающий условия шлифования;

 x, y, z, q – показатели степени;

V, t, S – элементы режима резания;

d – диаметр шлифования, мм.

Для круглого наружного шлифования закаленной стали с подачей на каждый ход шлифовальным кругом зернистостью 40, твердостью СМ1

CN = 2,65; z = 0,5; х = 0,5; y = 0,55; q = 0,

тогда Np = 2,65×300,5×0,0050,5×15,750,55× = 2,65×5,48×0,07×4,55 = 4,63 кВт.

3.2 Мощность на шпинделе станка

Nш = Nд×h , кВт

где Nд = 7,5 кВт; h = 0,8 – паспортные данные станка (см. приложение 2 к данным методическим указаниям).

Nш = 7,5×0,8 = 6 кВт.

Так как Nш = 6 кВт > Np = 4,63 кВт, то обработка возможна.

4. Основное время

, мин

L= l - (1 - K×m)×Вк , мм

где m – доля перебега круга , принимаем m = 0,5 (т.е. половина круга); К = 1 – число сторон перебега круга (см. эскиз обработки),

тогда

L = l - (1 - 1×0,5)×Вк = l - 0,5× Вк = 300 - 0,5×63 = 268,5 мм

К = 1,4 – коэффициент выхаживания

мин.

Порядок выполнения работы: аналогичен предыдущей работе.

Содержание и форма отчета:

Выполнить расчет режима резания аналитическим способом по заданному варианту. Исходные данные приведены в таблице.

Форма отчета : аналогична предыдущей работе.

Таблица. Варианты задания к работе 14

Материал заготовки и его свойства

Вид обработки и параметр шероховатости поверхности, мкм

Размер шлифуемой поверхности, мм

Припуск на сторону , мм

Кол-во одновременно обрабатываемых деталей

Модель станка

1

2

3

4

5

6

7

1

Сталь 45ХН закаленная, НRC45

Окончательная, Ra=0,8

D=60h8

l=240

0,22

1

3М131

2

Сталь 40Х незакаленная

Окончательная, Ra=0,4

D=55h7

l=40

0,15

1

3М131

3

Серый чугун СЧ30, НВ220

Предварительная, Ra=1,6

D=120H8

l=140

0,25

1

3К228В

4

Серый чугун СЧ15, НВ190

Окончательная, Ra=0,8

D=80H7

l=60

0,2

1

3К228В

5

Сталь 12Х18Н9Т незакаленная

Предварительная, Ra=1,6

B=250

l=300

0,4

2

3П722

6

Сталь 40Х закаленная, НRC52

Окончательная, Ra=0,4

D=55H7

l=50

0,18

1

3К228В

7

Сталь 47А закаленная, НRC60

Окончательная, Ra=0,8

B=200

l=300

0,25

6

3П722

8

Серый чугун СЧ20, НВ200

Предварительная, Ra=1,6

B=280

l=650

0,5

1

3П722

9

Бронза Бр АЖН 10-4 НВ170

Окончательная, Ra=0,8

D=45h7

l=120

0,2

1

3М131

10

Сталь 40 закаленная, НRC35

Окончательная, Ra=0,4

D=84h7

l=300

0,1

1

3М131

11

Сталь Ст5 незакаленная

Предварительная, Ra=1,6

D=120h8

l=48

0,25