Как определить скорость резания на токарном станке

Скорость резания

Расчёт скорости резания при точении и растачивании

Скорость главного движения резания (скорость резания) — это скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в направлении главного движения резания.

Скорость резания рассчитывают по эмпирическим формулам, установленным для каждого вида обработки. Величина скорости резания определяется из условия сохранения периода стойкости режущего инструмента.

При продольном и поперечном точении, при растачивании скорость резания, м/мин, рассчитывают по формуле

, (1)

Cv; xv; yv; mv — эмпирические коэффициент и показатели степени, приведённые в табл.14 для «стандартных» условий обработки.

Под «стандартными» условиями понимают:

обработка стали 45, с s в = 750 МПа, без корки, режущим инструментом из твёрдого сплава Т15К6 и т.д.

— период стойкости режущего инструмента, мин;

— глубина резания, мм;

— подача, мм/об .

Реальные условия обработки зачастую существенно отличаются от «стандартных«. Поэтому, для получения значения скорости резания в реальных условиях, вводится поправочный коэффициент kv, учитывающий их отличие от «стандартных«.

(2)

— коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала (табл.7- 10);

— коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки (табл.11);

— коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала (табл. 12).

Скорость резания при отрезании, прорезании пазов и фасонном точении определяется по формуле

(3)

Определённая по формулам (1) и (3) скорость резания является расчетной и носит рекомендательный характер.

По расчётной скорости резания определяется требуемая частота вращения шпинделя станка, мин -1

, (4)

— диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

По паспортным данным станка подбирается nст , ближайшее к расчётному, меньшее , паспортное значение частоты вращения шпинделя или (при выполнении лабораторных работ) ближайшее меньшее целое число, и определяется фактическая скорость резания, м/мин

(5)

Во всех дальнейших расчётах участвуют значения фактической скорости резания (Vф) и паспортное значение частоты вращения шпинделя станка(nст) .

Формулы точения / Turning formulas

380 Каталог PRAMET 2014 Токарная обработка Отрезка Обработка канавок Нарезание резьбы от PRAMET Стр.379

Токарные формулы для расчета параметров при механической обработке Скорость резания Подача на один оборот Средняя шероховатость поверхности при точении Таб

Токарные формулы для расчета параметров при механической обработке Скорость резания Подача на один оборот Средняя шероховатость поверхности при точении Таблица № 27 формулы для расчета параметров величина формула для расчета Единица Число оборотов v .1000 = D [об/мин] Скорость резания D. n V = 1000 [м/мин] Подача на один оборот f. J min Jot = n [мм/об] Минутная подача (скорость подачи s V a fm [м/мин] Теоретическое значение максимальной микронеровности поверхности 4 in 4 H 3 s 0 [мкм] Средняя шероховатость обработанной поверхности 43,9. fth88 R ot a r 0,97 e [мкм] Сечение (площадь стружки A = f a J ot p [мм2] Толщина стружки (для СМП без стружколома JS [мм] толщина стружки (для круглых СМП ”=L- a p D [мм] Снятый объем материала ;V ll О [см3.мин] Потребляемая мощность a f 1-c. k ,. v к P p J ot cl c r c = 6. 104. n [КВт] Приблизительная потребляемая мощность ap. ft. v P = p Jot c c x [КВт] Примечание n число оборотов [об/мин] D диаметр (инструмента или заготовки [мм] vc скорость резания [м/мин] ft подача (за один оборот [мм/об] fmin минутная подача (скорость подачи [мм/мин] R. теоретическое значение максимальной неровности поверхности [мм] R. средняя шероховатость обработанной поверхности [мм] (о, подача за один оборот [мм/об] Ге радиус закругления вершины инструмента [мм] A сечение стружки [мм2] ‘о, подача за один оборот [мм/об] а глубина резания [мм] Kr угол в плане главной режущей кромки [°] h толщина стружки [мм] vc скорость резания [м/мин] fmm минутная подача (скорость подачи [мм/мин] Q снятый объем материала [см3/мин] за единицу времени Pc потребляемая мощность [КВт] ap глубина резания [мм] fot подача [мм/об] c постоянная Кте [1] kc удельное сопротивление резанию [МПа] kg коэффициент, включающий влияние угла у0 [1] n эффективность станка (как правило = 0,75 [1] x коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала [1] материал сталь чугун Al коэффициент х 20 25 100 PRAMET 379

809 Каталог WALTER 2013 Дополнение к общему Стр.H-5

Основные формулы токаря для расчета режимов резания при точении на токарных станках Частота вреащения шпинделя Скорость резания Подача Поперечное сечение стружки

Основные формулы токаря для расчета режимов резания при точении на токарных станках Частота вреащения шпинделя Скорость резания Подача Поперечное сечение стружки _ Общая техническая информация Формулы для токарной обработки Walter Частота вращения vc х 1000 min1 Dc х7Е J Скорость резания Dc хх n vR = 1000 m/min Подача Vf = n x f mm/min Удельный съём материала Q = vcxapxf cm3/min Поперечное сечение стружки A=hxb = apxf mm2 Ширина стружки, толщина стружки ап b = mml h = f х sinK mm siriK 1 1 Основная сила резания Fc = Ax kci.1 xh-«10 N Мощность привода Pmot = 1СГС- kW 60000 x ri Время обработки th = f X n min Глубина профиля, шероховатость Rmax — g x r x 1000 pn n Частота вращения мин-1 Dc Диаметр заготовки мм Vc Скорость резания м/мин Vf Подача мм/мин f Подача на оборот мм Q Удельный съём материала см3/мин aP Глубина резания мм A Поперечное сечение стружки мм2 h Толщина стружки мм b Ширина стружки мм к Угол в плане Fc Сила резания N kc1.1 Удельная сила резания Н/мм2 для поперечного сечения стружки 1 мм2 mc Поправочный коэффициент для фактической kc P mot Потребляемая мощность кВт th Машинное время мин lm Длина обработки мм Rmax Высота профиля мкм r Радиус на уголках мм n КПД станка (0,75 — 0,9) mc и kc 1.1 см. таблицу на стр. H 7 в Общем каталоге Walter 2012. a p H-5 Расчет частоты вращения шпинделя металлорежущего станка при токарной обработке Производительность металлообработки Удельный съём материала

932 Каталог SUMITOMO 2016 Металлорежущий инструмент Пластины Сверла Фрезы Резцы для станков Стр.N2

Составляющие силы резания и необходимая мощность при точении на металлорежущих токарных станках Вычисление скорости резания Шероховатость теоретическая

Составляющие силы резания и необходимая мощность при точении на металлорежущих токарных станках Вычисление скорости резания Шероховатость теоретическая _ Основы точения I Вычисление необходимой мощности Рс: Мощность (кВт) Vc: Скорость резания (м/мин doc f Vc Кс f : Подача (мм/об) 60хюэх doc: Глубина резания (мм) D : КПД (0,7-0,85) W Н = Кс коэффициент силы 0,75 резания (Н/мм2) Н : Требуемая мощность (л.с.) приблизительное значение Сталь: 2.500 — 3.000 Н/мм2 Чугун: 1.500 Н/мм2 Алюминиевые сплавы : 800 Н/мм2 I Силы резания Fi: Тангенциальная составляющая F2: Осевая составляющая F3: Радиальная составляющая I Вычисление силы резания Р : Сила резания (Н) Ко: Коэффициент силы резания (Н/мм2) q : Поперечное сечение срезаемого слоя (мм2) F=Kc-q I Скорость резания и силы резания Передний угол: -10° Передний угол: 0° 80 160 240 Скорость резания (м/мин) I Передний угол и силы резания I Вычисление скорости резания Вычисление частоты вращения 1000 Vc п- % D Vc D 71 = Частота вращения (об/мин) Скорость резания (м/мин) Диаметр заготовки (мм) 3,14 (Eg.) vc=150m/mhh, D 1000×150 =100мм 478 об/мин сти резания П 3,14×100 Вычисление скорс я D Vc = 1.000 см. табл. Выше : Частота вращения (об/мин) vc : Скорость резания (м/мин) f : Подача (мм/об) doc: Глубина резания (мм) D : Диаметр заготовки (мм) I Подача и сила резания (для угл. сталей) О 2.000 V- Коэффициент 800 N/mm2 о- — eOON/mm2 400 N/mm2 0 0,1 0,2 0,04 0,4 Подача (мм/об) При уменьшении подачи удельное сопротивление возрастает I Теоретическая шероховатость f2 Rz = 8Г Rz: Шероховатость (мм) f : Подача (мм/об) : Радиус при вершине (мм) / Rz Действительная шероховатость Сталь: Выше теоретической в 1,5-3 раза Чугун : Выше теоретической в 3-5 раз Методы снижения шероховатости Использовать пластину с большим радиусом при вершине Оптимизировать скорость резания и подачу для избегания появления нароста Изменить сплав пластины Использовать геометрию Wiper I Радиус при вершине и сила резания 3500 О 500 Тангенциальная составляющая Осевая составляющая РадкЙпьная составляющая 0,4 0,8 1,2 1,6 Радиус при вершине (мм) Большой радиус при вершине увеличивает радиальную составляющую Обрабатываемый материал: 42CrMo4 (Hs38) Пластина: TNGA220400 Державка: PTGNR2525-43 Режимы резания: vc =1 ООм/мин doc=4MM f =0,45мм/об N2 Техническое Руководство Техническое руководство

45 Каталог KORLOY 2013 Металлорежущий инструмент и инструментальная оснастка Стр.

Фото токарного резца по металлу из инструментального каталога Инструмент с режущей сменной пластиной из твердого сплава Показан процесс продольного точения

Читайте также  Малка угломер как пользоваться

Фото токарного резца по металлу из инструментального каталога Инструмент с режущей сменной пластиной из твердого сплава Показан процесс продольного точения _ стальной заготовки профильным токарным резцом Korloy со сменной ромбической твердосплавной пластиной Прижим СРП повышенной жесткости Полностраничная красочная иллюстрация промышленного инструментального каталога 2013 южнокорейского изготовителя Карлой

Режимы резания при токарной обработке

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

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

Основные параметры

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

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

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

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

Понятие о режимах резания

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

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

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

Глубина

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

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

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

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

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

Подача

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

Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.

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

Скорость

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

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

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

Выбор режима на практике

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

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

Элементы резания при токарной обработке

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также  Как подключить конденсатор к однофазному двигателю

Вычисление скорости резания

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

Основные факторы, влияющие на скорость резания

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

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

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

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

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

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

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

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

Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:

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

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

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

Формулы для токарной обработки

На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания vф:

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

Как скорость резания токарного станка влияет на шероховатость поверхности детали

Как скорость резания токарного станка влияет на величину микронеровностей при точении коррозионностойких сталей изучалась в Волгоградском государственном техническом университете. В лаборатории кафедры «Автоматизация производственных процессов» ВолгГТУ был проведен ряд экспериментов по токарной обработке сталей марок 14Х17Н2, ЭИ961, 20Х13 твердосплавными режущими пластинами ТТ7К12, Т15К6, Т5К10, GC4225, ВК8. В процессе исследований проводились замеры сигнала термоЭДС предварительного пробного рабочего хода, как интегральной теплофизической характеристики каждой сменной контактной пары и величины шероховатости поверхности детали (Ra). Для начала дадим определение скорости резания и раскроем это понятие.

Скорость резания на токарном станке

Скорость резания токарного станка – это путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Каждая точка обрабатываемой поверхности детали (рис. 1), например точка А, проходит в единицу времени, например в одну минуту, некоторый путь. Длина этого пути может быть больше или меньше в зависимости от числа оборотов в минуту детали и от ее диаметра, и определяет собой скорость резания. Скоростью резания называется длина пути, который проходит в одну минуту точка обрабатываемой поверхности детали.

Скорость резания измеряется в метрах в минуту и обозначается буквой V. Для краткости вместо слов «метров в минуту» принято писать м/мин.

Скорость резания при точении находится по формуле:

где V — искомая скорость резания в м/мин; π — отношение длины окружности к ее диаметру, равное 3,14; D — диаметр обрабатываемой поверхности детали в мм; n — число оборотов детали в минуту.

Произведение πDn в формуле должно быть разделено на 1000, чтобы найденная скорость резания была выражена в метрах.

Формула эта читается так: скорость резания токарного станка равна произведению длины окружности обрабатываемой детали на число оборотов ее в минуту, разделенному на 1000.

Пример 1. Обрабатываемый на станке вал делает 300 об/мин. Диаметр заготовки вала 50 мм. Какова скорость резания?

По формуле находим: V=(πDn)/1000=(3,14*50*300)/1000=47,1м/мин

Определение числа оборотов в минуту детали данного диаметра, которое она должна делать при принятой скорости резания, производится по формуле

Пример 2. Вал, заготовка которого имеет диаметр 50 мм, должен быть обработан при скорости резания 47,1 м/мин. Сколько оборотов в минуту должен делать вал?

По формуле находим: n=(100V)/(πD)=(1000*47,1)/(3,14*50)=300 об/мин

Итоги эксперимента замеров скорости резания на токарном станке

По итогам экспериментов в диапазоне изменения скорости резания 10-90 м/мин при глубине резания 1 мм, подаче 0,11 мм/об было выявлено, что на скоростях резания V = 30-50 м/мин, показатель шероховатости поверхности детали достигал минимального значения, а с дальнейшим увеличением скорости резания V > 50 м/мин, снова возрастал (рис. 2).

Рис. 2. – График изменения шероховатости поверхности Ra от скорости резания при токарной обработке контактных пар: 14Х17Н2-ТТ7К12; ЭИ961-GC4225; ЭИ961-Т15К6; 20Х13-GC4225

Первое, что обращает на себя внимание, это одинаковый характер изменения шероховатости и составляющей силы резания Py в исследуемом скоростном диапазоне (см. «Сила резания при токарной обработке нержавеющей стали«, рис. 3 и 4) при обработке коррозионностойких сталей.

Чем вызван такой неоднозначный характер изменения шероховатости обработанной поверхности детали от скорости резания токарного станка? С позиций условной схемы стружкообразования это можно предположительно объяснить наличием нароста на передней грани инструмента, как указывает А.И. Исаев в работе “Микрогеометрия поверхности при токарной обработке”, рассматривая влияние рабочих параметров процесса токарной обработки и геометрии инструмента на высоту микронеровностей при обработке конструкционных сталей. Он указывает на отрицательную роль нароста металла на передней поверхности инструмента на качество обработанной поверхности в диапазоне низких скоростей. Однако, полученные экспериментальные зависимости высоты микронеровностей в низком диапазоне скоростей токарной обработки нержавеющих сталей нельзя объяснить влиянием классического нароста хотя бы потому, что одинаковое значение величины шероховатости поверхности детали (4 мкм) при обработке, например, стали 14Х17Н2 (рис. 3) получено и на скорости 15 м/мин, что можно предположительно объяснить влиянием классического нароста и на скорости 50 м/мин, где нароста по условиям обработки нет. Такие же «парадоксы» наблюдаются и при обработке других марок коррозионностойких сталей.

Рис. 3. Механизм образования микронеровности при точении c позиций перераспределения тепла между инструментом и стальной заготовкой

«Нестандартный» характер изменения высоты микронеровностей от скорости резания токарного станка в низком диапазоне скоростей с позиций реальной схемы резания Н.В. Талантова объясняется наличием в зоне контактных пластических деформаций так называемой зоны относительного застоя (см. «Сила резания при токарной обработке нержавеющей стали«, рис. 8), изменяющей по аналогии с наростом передний угол резца γ в пределах его отрицательного значения.

Читайте также  Как правильно резать соломкой

Образование зоны относительного застоя, начиная с определённой скорости резания, увеличивает «условный» передний угол инструмента в пределах его отрицательного значения. Как следствие, это приводит к увеличению высоты микронеровностей. При дальнейшем увеличении скорости резания (температуры в зоне резания) зона относительного застоя уменьшается, уменьшается и значение условного переднего угла, что приводит к уменьшению высоты микронеровности. В интервале 30-40 м/мин зона относительного застоя исчезает и дальнейший рост шероховатости поверхности детали при увеличении скорости резания во втором скоростном диапазоне происходит по другому механизму, связанному с увеличением теплопроводности сталей от температуры.

Режимы резания при токарной обработке и точении: таблицы формул, расчет подачи и скорость

Подготовимся к проведению одной из наиболее распространенных операций. Рассмотрим расчет подачи и режимов резания при токарной обработке. Его важность сложно переоценить, ведь если он проведен правильно, то помогает сделать техпроцесс эффективным, снизить себестоимость производства, повысить качество поверхностей деталей. Когда он выбран оптимально, это самым положительным образом влияет на продолжительность работы и целостность инструментов, что особенно важно в перспективе длительной эксплуатации станков с поддержанием их динамических и кинематических характеристик. И наоборот, если его неверно выбрать и взять не те исходные показатели, ни о каком высоком уровне исполнения продукции говорить не придется, возможно, вы даже столкнетесь с браком.

Режимы резания: что это такое

Это целый комплекс характеристик, задающих условия проведения токарной операции. Согласно технологическим маршрутам, обработка любого элемента (особенно сложного по форме) проводится в несколько переходов, для каждого из которых требуются свои чертежи, размеры и допуски, оборудование и оснастка. Вычислив и/или подобрав все эти параметры один раз для первой заготовки, в дальнейшем вы сможете подставлять их по умолчанию – при выпуске второй, пятой, сотой детали – и таким образом минимизируете время на подготовку станка и упростите контроль качества, то есть оптимизируете процесс производства.

В число основных показателей входит глубина, скорость, подача, в список дополнительных – масса объекта, припуски, частота, с которой вращается шпиндель, и в принципе любая характеристика, влияющая на результат обработки. И важно взять те из них, что обеспечат лучшую итоговую точность, шероховатость и экономическую целесообразность.

Есть несколько способов провести расчет режимов резания при точении:

  • • аналитический;
  • • программный;
  • • табличный.

Первый достаточно точный и до появления мощной компьютерной техники считался самым удобным. По нему все вычисления осуществлялись на основании паспортных данных оборудования: мощность двигателя, частоту вращения шпинделя и другие показатели подставляли в уже проверенные эмпирические выражения и получали нужные характеристики.

С разработкой специализированного ПО задача калькуляции существенно упростилась – все операции выполняет машина, быстрее человека и с гораздо меньшей вероятностью совершения ошибок.

Когда под рукой нет компьютера или формул, зато есть опыт, можно определить подходящие критерии на основании нормативных и справочных данных из таблиц. Но для этого необходимо учитывать все изменения значений, даже малейшие, что не всегда удобно в условиях производства.

Особенности определения режимов резания при точении

В первую очередь нужно выбрать глубину обработки, после нее – подачу и скорость. Важно соблюсти именно такую последовательность – в порядке увеличения степени воздействия на инструмент. Сначала вычисляются те характеристики, которые могут лишь минимально изменить износ резца, в конце те, что влияют на ресурс по максимуму.

Параметры следует определять для предельных возможностей оборудования, в обязательном порядке учитывая размеры, металл исполнения, конструкцию инструмента.

Важным пунктом является нахождение подходящей шероховатости. Плюс, правильнее всего взять лезвие под конкретный материал, ведь у того же чугуна одна прочность и твердость, а у алюминия – совсем другая. Не забывайте также, что в процессе происходит нагрев детали и возрастает риск ее деформации.

Выбор режима резания при точении на токарном станке продолжается установлением типа обработки. Какой она будет, черновой или чистовой? Первая грубая, для нее подойдут инструменты, выполненные из твердых сталей и способные выдержать высокую интенсивность техпроцесса. Вторая тонкая, осуществляется на малых оборотах, со снятием минимального слоя металла.

Глубина определяется количеством проходов, за которые убирается припуск. Подача представляет собой расстояние, преодолеваемое кромкой за вращение заготовки, и может быть одного из трех типов:

  • • минутная;
  • • на зуб;
  • • на оборот.

Скорость в значительной степени зависит от того, какая именно операция выполняется, например, при торцевании она должна быть высокой.

Характеристики режимов резания

Прежде чем подробно рассмотреть все основные параметры, скажем еще несколько слов о методах вычислений. Точнее, о том, как от графики перешли к аналитике и компьютеризации.

По мере совершенствования производства даже самые подробные таблицы оказывались все менее удобными: столбцы, колонки, соотношения – на изучение этого и поиск нужного значения уходило огромное количество времени. И это при том, что основные показатели связаны между собой, и уменьшение/увеличение одного из них провоцировало менять остальные.

Установив столь очевидную зависимость, инженеры стали пользоваться аналитическим способом, то есть продумали эмпирические формулы, и начали подставлять в них частоту вращения шпинделя, мощность силового агрегата и подачу и находить нужные характеристики. Ну а развитие компьютеров и появление вычислительного ПО серьезно упростило задачу и защитило итоговые результаты от ошибок человеческого фактора.

Схема расчетов режима резания на токарном станке

Порядок действий следующий:

  1. • Выбираете, каким инструментом будете пользоваться в данной ситуации; для хрупких материалов подойдет лезвие со сравнительно небольшими показателями прочности, но для твердых – с максимальными.
  2. • Определяете толщину снимаемого слоя и число проходов, исходя из актуального метода обработки. Здесь важно обеспечить оптимальную точность, чтобы изготовить изделие с минимальными погрешностями геометрических габаритов и поверхностей.

Теперь переходим к рассмотрению конкретных характеристик, играющих важную роль, и к способам их практического нахождения или изменения.

Глубина резания при токарной обработке на станке

Ключевой показатель для обеспечения качества исполнения детали, показывающий, сколько материала нужно убрать за один проход. Общее количество последних вычисляется с учетом следующего соотношения припусков:

  • • 60% – черновая;
  • • от 20 до 30% – смешанная;
  • • от 10 до 20% – чистовая.

Также свою роль играет то, какая форма у заготовки и что за операция выполняется. Например, при торцевании рассматриваемый параметр приравнивается к двойному радиусу предмета, а для цилиндрических деталей он находится так:

  • D и d – диаметры, начальный и итоговый соответственно;
  • k – глубина снятия.

Если же изделие плоское, используются обычные линейные значения длины – 2, 1-2 и до 1 мм соответственно. Здесь же есть зависимость от поддерживаемого класса точности: чем он меньше, тем больше нужно совершить подходов для получения результата.

Как определить подачу при точении

Фактически она представляет собой то расстояние, на которое резец передвигается за один оборот, совершаемый заготовкой. Наиболее высока она при черновой обработке, наименее – при чистовой, когда действовать следует аккуратно, и в дело также вступает квалитет шероховатости. В общем случае ее делают максимально возможной (для операции) с учетом ограничивающих факторов, в числе которых:

  • • мощность станка;
  • • жесткость системы;
  • • стойкость и ресурс лезвия.

При фрезеровании отдают предпочтение варианту «на зуб», при зачистке отверстий – рекомендованному для текущего инструмента, в учебных целях – самую распространенную, то есть 0,05-0,5 об/мин.

Формула расчета подачи при точении, связывающая между собой все ее виды, выглядит так:

SM = S*n = SZ*Z*n, где:

n – частота вращения резца,

Z – число зубцов.

Для упрощения вычислений можно брать данные отсюда:

Диаметр, заготовки, мм

Подача, мм/об, с выбранной глубиной резания, мм