МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
Московский государственный агроинженерный университет
имени В.П. Горячкина
Баграмов Л.Г. Колокатов А.М.
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ
Методические рекомендации
Часть I — торцовое фрезерование
МОСКВА 2000
УДК 631
Расчетрежимов резания при торцовом фрезеровании.
Методическиерекомендации.
Составители: Л.Г. Баграмов,А.М. Колокатов — МГАУ, 2000. — ХХ с.
Вчасти I методических указаний даны общие теоретические сведения о фрезеровании,изложена последовательность операций по расчёту режима резания при торцовомфрезеровании на основе справочных данных. Методические указания могут бытьиспользованы при выполнении домашнего задания, в курсовом и дипломном проектированиистудентами факультетов ТС в АПК, ПРИМА и Инженерно-педагогического, а также припроведении практических и научно-исследовательских работ.
Рис.9,табл.ХХ, список библ. — ХХ наименований.
Рецензент: БочаровН.И. (МГАУ)
/>
Ó Московский государственный агроинженерный
университет имени В.П. Горячкина. 2000.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ1.1. Элементы теориирезания
Фрезерование является одним из наиболее распространённых и высокопроизводительныхспособов механической обработки резанием. Обработка производится многолезвийныминструментом — фрезой.
При фрезеровании главное движение резания Dr — вращение инструмента, движение подачи DS — перемещение заготовки (Рис. 1.), накарусельно — фрезерных и барабанно-фрезерных станках движение подачи можетосуществляться вращением заготовки вокруг оси вращающегося барабана или стола,в отдельных случаях движение подачи может осуществляться перемещениеминструмента (копировальное фрезерование).
Фрезерованием обрабатываются горизонтальные, вертикальные, наклонные плоскости,фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенностью процессарезания при фрезеровании является то, что зубья фрезы не находятся в контакте собрабатываемой поверхностью всё время. Каждое лезвие фрезы последовательновступает в процесс резания, изменяя толщину срезаемого слоя от наибольшей кнаименьшей, или наоборот. Одновременно в процессе резания могут находитьсянесколько режущих кромок. Это вызывает ударные нагрузки, неравномерностьпротекания процесса, вибрации и повышенный износ инструмента, повышенныенагрузки на станок.
При обработке цилиндрическими фрезами (режущие кромки расположены на цилиндрическойповерхности) рассматривается два способа обработки (Рис. 2.) в зависимости отнаправления движения подачи заготовки:
— встречное фрезерование, когда направление движения режущей кромкифрезы, находящейся в процессе резания, противоположно направлению движенияподачи;
— попутное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы,находящейся в процессе резания, совпадает с направлением движения подачи.
При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума,силы, действующие на заготовку, стремятся оторвать её от стола, а стол поднять.Это увеличивает зазоры в системе СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь), вызывает вибрации, ухудшает качество обработанной поверхности. Этотспособ хорошо применим для обработки заготовок с коркой, производя резаниеиз-под корки, отрывая её, тем самым значительно облегчая резание. Недостаткомтакого способа является большое скольжение лезвия по предварительнообработанной и наклёпанной поверхности. При наличии некоторого округлениярежущей кромки она не сразу вступает в процесс резания, а поначалу проскальзывает,вызывая большое трение и износ инструмента по задней поверхности. Чем меньшетолщина срезаемого слоя, тем больше относительная величина проскальзывания, тембольшая часть мощности резания расходуется на вредное трение.
При попутном фрезеровании этого недостатка нет, но зуб начинает работу снаибольшей толщины срезаемого слоя, что вызывает большие ударные нагрузки,однако исключает начальное проскальзывание зуба, уменьшает износ фрезы ишероховатость поверхности. Силы, действующие на заготовку, прижимают её кстолу, а стол — к направляющим станины, что уменьшает вибрации и повышаетточность обработки.1.2. Конструкция фрез.
Инструментом при фрезеровании являются фрезы (от французского la frais — клубника), представляющие собой многолезвийный инструмент, лезвия которогорасположены последовательно в направлении главного движения резания, предназначенныедля обработки с вращательным главным движением резания без изменения радиусатраектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направлениекоторого не совпадает с осью вращения.
Фрезы бывают:
по форме — дисковые, цилиндрические, конические;
по конструкции — цельные, составные, сборные и насадные, хвостовые;
по применяемому материалу режущей кромки — быстрорежущие и твердосплавные;
по расположению лезвий — периферийные, торцовые и периферийно-торцовые;
по направлению вращения — праворежущие и леворежущие;
по форме режущей кромки — профильные (фасонные и обкаточные), прямозубые,косозубые, с винтовым зубом;
по форме задней поверхности зуба — затылованные и незатылованные,
по назначению — концевые, угловые, прорезные, шпоночные, фасонные,резьбовые, модульные и др.
Рассмотрим элементы и геометрию фрезы на примере цилиндрической фрезы свинтовыми зубьями (Рис. 3.).
У фрезы различают переднюю поверхность лезвия Аγ, главнуюрежущую кромку К, вспомогательную режущую кромку К', главную заднюю поверхностьлезвия Аα, вспомогательную заднюю поверхность лезвия А'α,вершину лезвия, корпус фрезы, зуб фрезы, спинку зуба, фаску.
В координатных плоскостях статической системы координат (Рис. 4.) рассматриваютсягеометрические параметры фрезы, среди которых γ, α — передний изадний углы в главной секущей плоскости, γН — передний угол внормальной секущей плоскости, ω — угол наклона зуба.
Передний угол γ облегчает образование и сход стружки, главный заднийугол α способствует уменьшению трения задней поверхности по обработаннойповерхности заготовки. У незатылованных зубьев передний угол выполняется впределах γ = 10о...30о, задний угол α = 10о...15ов зависимости от обрабатываемого материала.
У затылованного зуба задняя поверхность выполняется по спирали Архимеда,что обеспечивает ему постоянство профиля сечения при всех переточках инструмента.Затылованный зуб перетачивается только по передней поверхности и выполняется,ввиду сложности, только у профильного инструмента (фасонного и обкаточного),т.е. форма режущей кромки которого определена формой обработанной поверхности.Передний угол затылованных зубьев выполняется, как правило, равным нулю, заднийугол имеет значения α = 8о...12о.
Угол наклона зубьев ω обеспечивает более плавное вхождение лезвия впроцесс резания по сравнению с прямыми зубьями и придаёт определённое направлениесходу стружки.
Зуб торцовой фрезы имеет режущее лезвие более сложной формы. Режущаякромка состоит (Рис. 5.) из главной, переходной и вспомогательной, имеющиеглавный угол в плане φ, угол в плане переходной режущей кромки φпи вспомогательный угол в плане φ1. Геометрические параметрыфрезы рассматриваются в статической системе координат. Углы в плане это углы восновной плоскости Рvc. Главный угол в плане φ — это угол междурабочей плоскостью РSc и плоскостью резания Рnc Величинаглавного угла в плане определяется исходя из условий резания как у токарногорезца, при φ=0˚ режущая кромка становится только торцовой, а приφ=90˚ она становится периферийной. Вспомогательный угол в планеφ1 — это угол между рабочей плоскостью РSc ивспомогательной плоскостью резания Р'nc, он составляет 5о...10о,а угол в плане переходной режущей кромки — половину от главного угла в плане.Переходное режущее лезвие повышает прочность зуба.
Износ фрез определяется, так же как и при точении, величиной износа позадней поверхности. Для быстрорежущей фрезы допустимая ширина изношеннойленточки по задней поверхности составляет при черновой обработке сталей0,4...0,6 мм, чугунов — 0,5...0,8 мм, при получистовой обработке сталей0,15...0,25 мм, чугунов — 0,2...0,3 мм. Для твёрдосплавной фрезы допустимыйизнос по задней поверхности составляет 0,5...0,8 мм. Стойкость цилиндрическойбыстрорежущей фрезы составляет Т = 30...320 мин, в зависимости от условийобработки, в некоторых случаях достигает 600 мин, стойкость твёрдосплавнойфрезы Т= 90...500 мин.
Различают три видафрезерования — периферийное, торцовое и периферийно — торцовое. К основным плоскостям и поверхностям,обрабатываемым на консольных фрезерных станках (Рис. 6.), относятся:
горизонтальныеплоскости; вертикальные плоскости; наклонные плоскости и скосы; комбинированныеповерхности; уступы и прямоугольные пазы; фасонные и угловые пазы; пазы типа«ласточкин хвост»; закрытые и открытые шпоночные пазы; пазы под сегментныешпонки; фасонные поверхности; цилиндрические зубчатые колёса методом копирования.
Горизонтальные плоскостиобрабатываются цилиндрическими (Рис. 6. а) на горизонтально-фрезерных станках иторцовыми (Рис. 6. б) на вертикально-фрезерных станках фрезами. Поскольку уторцовой фрезы одновременно участвует в резании большее количество зубьев,обработка ими более предпочтительна. Цилиндрическими фрезами обрабатываются,как правило, плоскости шириной до 120 мм.
Вертикальные плоскостиобрабатывают торцовыми фрезами на горизонтальных станках и концевыми — навертикальных (Рис. 6. в, г).
Наклонные плоскостиобрабатывают торцовыми и концевыми фрезами на вертикальных станках с поворотомоси шпинделя (Рис. 6. д, е), и на горизонтальных станка угловыми фрезами (Рис.6. ж).
Комбинированныеповерхности обрабатывают набором фрез на горизонтальных станках (Рис. 6. з).
Уступы и прямоугольныепазы обрабатывают дисковыми (на горизонтальных) и концевыми (на вертикальных)фрезами (Рис. 6. и, к), при этом концевые фрезы допускают большие скоростирезания, так как одновременно участвует в работе большее количество зубьев. Приобработке пазов дисковые фрезы предпочтительнее.
Фасонные и угловые пазыобрабатываются на горизонтальных станках фасонными, одно- и двухугловымифрезами (рис. 6. л, м).
Паз типа «ласточкинхвост» и Т-образные пазы обрабатываются на вертикально-фрезерных станках,как правило, за два прохода, сначала концевой фрезой (или на горизонтально-фрезерномстанке дисковой фрезой) обрабатывается прямоугольный паз по ширине верхнейчасти. После этого окончательно паз обрабатывается концевой одноугловой испециальной Т-образной (Рис. 6. н, о) фрезой.
Закрытые шпоночные пазыобрабатываются концевыми фрезами, а открытые — шпоночными на вертикальныхстанках (Рис. 6. п, р).
Пазы для сегментныхшпонок обрабатываются на горизонтально-фрезерных станках дисковыми фрезами(Рис. 6. с).
Фасонные поверхностинезамкнутого контура с криволинейной образующей и прямолинейной направляющейобрабатываются на горизонтальных и вертикальных станках фасонными фрезами (Рис.6. т).
Торцовое фрезерование — наиболее распространенный и производительный способ обработки плоских поверхностейдеталей в условиях серийного и массового производства.2. ТОРЦОВОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ.2.1. Основные типы игеометрия торцовых фрез.
В большинстве случаев дляобработки плоскостей открытых и углублённых применяются торцовые фрезы имеющиепериферийные лезвия (Рис. 7.), т.е. работающие по принципу периферийно — торцовых. Конструкции торцовых фрез стандартизованы, основные типы которыхприведены в табл.1 /ГОСТ ____-__, ____-__, ____-__, ____-__, ____-__, ____-__/.
При обработке плоскостейэтими фрезами, основную работу по удалению припуска выполняют режущие кромки,расположенные на конической и цилиндрической поверхности. Режущие кромки,расположенные на торце, производят как бы зачистку поверхности, поэтомушероховатость обработанной поверхности получается меньше, чем при фрезерованиицилиндрическими фрезами.
На Рис. 7. приведеныгеометрические параметры торцовой фрезы /ГОСТ 25762-83/. Зуб торцовой фрезыимеет две режущие кромки: главную и вспомогательную.
В основной плоскости Pv рассматриваются углы в плане: главный угол в плане j, вспомогательный угол в плане j1 и угол вершины ε. Главный угол в плане j — это угол между плоскостью резанияPn и рабочей плоскостью PS. С уменьшением главного угла вплане при постоянной подаче на зуб и постоянной глубине резания толщина срезауменьшается, а ширина увеличивается, вследствие чего стойкость фрезы повышается.Однако работа фрезы с малым углом в плане (j £ 200) вызывает возрастание радиальной и осевой составляющихсил резания, что при недостаточно жесткой системе СПИД приводит к вибрациямобрабатываемой заготовки и станка. Поэтому для торцовых твердосплавных фрез прижесткой системе и при глубине резания t = 3...4 мм принимают угол j = 10...300. При нормальнойжесткости системы — j =45...600; обычно принимают j = 600. Вспомогательный угол в плане j1 у торцовых фрез принимают равным 2...100.Чем меньше этот угол, тем меньше шероховатость обработанной поверхности.
В главной секущейплоскости Pτ рассматриваются передний угол g и главный задний угол a. Передний угол g — это угол между основной плоскостьюPv и передней поверхностью Аγ,главный задний угол a — это угол между плоскостью резания Рn иглавной задней поверхностью Аα.
Передний угол g для торцовых твердосплавных фрез g = (+100)...(-200).
Главный задний угол a для торцовых твердосплавных фрез a = 10...250.
В плоскости резаниярассматривается угол наклона главной режущей кромки l. Это угол между режущей кромкой иосновной плоскостью Pv. Он оказывает влияние на прочность зуба истойкость фрезы. У торцовых твердосплавных фрез угол l рекомендуется выполнять в пределахот +50до +150при обработке стали и от -50 до +150при обработке чугуна.
Угол наклона винтовыхзубьев w обеспечивает более равномерноефрезерование и уменьшает мгновенную ширину среза при врезании. Этот уголвыбирается в пределах 10...300.2.2. Выбор торцовой фрезы2.2.1. Выборконструкции фрезы.
При выборе конструкции(типа) фрезы предпочтительным является применение сборных конструкций фрез снеперетачиваемыми пластинами из твердого сплава. Механическое крепление пластиндает возможность поворота их с целью обновления режущей кромки и позволяетиспользовать фрезы без переточки. После полного износа пластины она заменяетсяновой. Завод изготовитель снабжает каждую фрезу 8...10 комплектами запасных пластин.Весь комплект пластин можно заменить непосредственно на станке, при этомзатрата времени на замену 10...12 ножей не превышает 5...6 минут.2.2.2. Выбор материала режущей части.
Фрезы для работы приневысоких скоростях резания и малых подачах изготовляют из быстрорежущих илегированных сталей Р18, ХГ, ХВ9, 9ХС, ХВГ, ХВ5. Фрезы для обработкижаропрочных и нержавеющих сплавов и сталей изготовляют из быстрорежущих сталейР9К5, Р9К10, Р18Ф2, Р18К5Ф2, а при фрезеровании с ударами — из стали маркиР10К5Ф5.
Марки твердых сплавоввыбирают в зависимости от обрабатываемого материала и характера обработки(табл.5). для чистовой обработки применяется твёрдый сплав с меньшимсодержанием кобальта и большим содержанием карбидов (ВК2, ВК3 Т15К6 и т.д.), адля черновой обработки — с большим содержанием кобальта, который придаётопределённую пластичность материалу и способствует лучшей работе при неравномерныхи ударных нагрузках (ВК8, ВК10, Т5К10 и т.д.).2.2.3.Выбор типа и диаметра фрезы.
Стандартные диаметры фрез(ГОСТ 9304-69, ГОСТ 9473-80, ГОСТ 16222 — 81, ГОСТ 16223 — 81, ГОСТ 22085 — 76,ГОСТ 22086 — 76, ГОСТ 22087 — 76, ГОСТ 22088 — 76, ГОСТ 26595 — 85), приведеныв таблицах 1...4, их обозначения (для праворежущих торцовых фрез) — в таблицах2, 3 и 4. Леворежущие фрезы изготавливаются по специальному заказу потребителя.
Типы торцовых фрезвыбирают по условиям обработки из таблицы 1. Размеры фрезы определяютсяразмерами обрабатываемой поверхности и толщиной срезаемого слоя. Диаметр фрезы,для сокращения основного технологического времени и расхода инструментальногоматериала, выбирают с учётом жесткости технологической системы, схемы резания,формы и размеров обрабатываемой заготовки.
При торцовом фрезерованиидля достижения режимов резания, обеспечивающих наибольшую производительность,диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования B: D = (1,25...1,5) • В2.2.4. Выбор геометрических параметров
Рекомендуемые значениягеометрических параметров режущей части торцовых фрез с пластинами из твердогосплава приведены в табл.6 /4/, а из быстрорежущей стали Р18 — в табл. 7 /ГОСТ____-__, ____-__, ____-__/.2.3. Выбор схемы фрезерования
Схемы фрезерованияопределяется по расположению оси торцовой фрезы заготовки относительно среднейлинии обрабатываемой поверхности (рис.8.). Различают симметричное и несимметричноеторцовое фрезерование /5/.
Симметричным называюттакое фрезерование, при котором ось торцовой фрезы проходит через среднюю линиюобрабатываемой поверхности (рис. 8.а).
Несимметричнымфрезерованием называют такое фрезерование, при котором ось торцовой фрезысмещена относительно средней линии обрабатываемой поверхности (рис. 8.б, 8.в).
Симметричное торцовоефрезерование делится на полное, когда диаметр фрезы D равен ширинеобрабатываемой поверхности В, и неполное, когда D больше В (рис.8.а).
Несимметричное торцовоефрезерование может быть встречным или попутным. Отнесение фрезерования к этимразновидностям производят по аналогии с фрезерованием плоскости цилиндрическойфрезой.
При несимметричномвстречном торцовом фрезеровании (рис.8.б) толщина срезаемого слоя a изменяетсяот некоторой небольшой величины (зависящей от величины смещения) до наибольшейamax=Sz, а затем несколько уменьшается. Смещение зубафрезы за пределы обрабатываемой поверхности со стороны зуба, начинающегорезание, обычно принимается в пределах С1 = (0,03...0,05) • D
При несимметричномпопутном торцовом фрезеровании (рис.8.в) зуб фрезы начинает работать с толщинойсреза близкой к максимальной. Смещение зуба фрезы за пределы обрабатываемойповерхности со стороны зуба, заканчивающего резание, принимаетсянезначительным, близким к нулю) С2 ≈ 0.
При обработке чугунныхзаготовок во многих случаях диаметр фрезы меньше ширины обрабатываемойповерхности поскольку чугунные заготовки ввиду хрупкости чугуна, особенно приизготовлении корпусных деталей, выполняются больших габаритов.
Торцовое фрезерованиечугунных заготовок при B
При торцовом фрезерованиистальных заготовок обязательным является их несимметричное расположениеотносительно фрезы, при этом:
— для заготовок изконструкционных углеродистых и легированных сталей и заготовок имеющих корку(черновое фрезерование) сдвиг заготовок — в направлении врезания зуба фрезы(рис. 8.б), чем обеспечивается начало резания при малой толщине срезаемогослоя;
— для заготовок изжаропрочных и коррозийно-стойких сталей и при чистовом фрезеровании сдвигзаготовки — в сторону выхода зуба фрезы из резания (рис. 8.в), чем обеспечиваетсявыход зуба из резания с минимально возможной толщиной срезаемого слоя.
Несоблюдение указанныхправил приводит к значительному снижению стойкости фрезы /5/.2.4. Назначение режима резания
К элементам режимарезания при фрезеровании относятся (Рис. 9.):
— глубина резания;
— скорость резания;
— подача;
— ширина фрезерования.
Глубина резания tопределяется как расстояние между точками обрабатываемой и обработаннойповерхностей находящихся в плоскости резания и измеренное в направлении,перпендикулярном направлению движения подачи. В отдельных случаях эта величинаможет измеряться как разность расстояний точек обрабатываемой и обработаннойповерхностей до стола станка или до какой-либо другой постоянной базы,параллельной направлению движения подачи.
Глубину резания выбираютв зависимости от припуска на обработку, мощности и жесткости станка. Надостремиться вести черновое и получистовое фрезерование за один проход, если этопозволяет мощность станка. Обычно глубина резания составляет 2...6 мм. Намощных фрезерных станках при работе торцовыми фрезами глубина резания можетдостигать 25 мм. При припуске на обработку более 6 мм и при повышенных требованияхк величине шероховатости поверхности фрезерование ведут в два перехода: черновойи чистовой.
При чистовом переходеглубину резания принимают в пределах 0,75...2 мм. Независимо от высотымикронеровностей глубина резания не может быть меньшей величины. Режущая кромкаимеет некоторый радиус округления, который по мере износа инструментаувеличивается, при малой глубине резания материал поверхностного слоя подминаетсяи подвергается пластическому деформированию. В этом случае резания не происходит.Как правило, при небольших припусках на обработку и необходимости проведениячистовой обработки (величина шероховатостей Ra = 2…0,4 мкм) глубинарезания берётся в пределах 1 мм.
При малой глубине резанияцелесообразно применять фрезы с круглыми пластинами (ГОСТ 22086-76, ГОСТ22088-76). При глубине резания, большей З...4 мм, применяют фрезы с шести-,пяти- и четырехгранными пластинами (табл.2).
При выборе числапереходов необходимо учитывать требования по шероховатости обработанной поверхности:
— черновое фрезерование — Ra = 12,5...6,3 мкм (3...4 класс);
— чистовое фрезерование — Ra = 3,2...1,6 мкм (5...6 класс);
— тонкое фрезерование — Ra= 0,8...0,4 мкм (7...8 класс).
Для обеспечения чистовойобработки необходимо провести черновой и чистовой переходы, количество рабочихходов при черновой обработке определяют по величине припуска и мощности станка.Число рабочих ходов при чистовой обработке определяется требованиемшероховатости поверхности.
В производственныхусловиях при необходимости проведения черновой и чистовой обработки ониразделяются на две отдельные операции. Это вызвано следующими соображениями.
Черновая и чистоваяобработки проводятся с применением различного материала режущей части фрезы ипри разных скоростях резания что вызвало бы неоправданно большие затратывремени на переналадку станка, если эти переходы будут выполняться в однойоперации.
Черновая обработкаприводит к большим вибрациям и неравномерным и знакопеременным нагрузкам, это,в свою очередь, приводит к быстрому износу станка и потере точности обработки.
Черновая обработкаприводит к образованию большого количества стружки, а также абразивной пыли,что требует специальных мер по уборке отходов. Как правило, станки для черновойобработки находятся обособленно от станков, выполняющих окончательную — чистовую и тонкую.
Подача при фрезеровании — это отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой заготовки внаправлении движения подачи, к числу оборотов фрезы или к части оборота фрезы,соответствующей угловому шагу зубьев.
Таким образом, прифрезеровании рассматривается подача на оборот So(мм/об) — перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее одному оборотуфрезы, и подача на зуб Sz(мм/зуб) — перемещение рассматриваемойточки заготовки за время, соответствующее повороту фрезы на один угловой шагзубьев.
Помимо этогорассматривается также скорость движения подачи vs (ранее определяласькак минутная подача и в старой литературе и на некоторых станках такой терминещё применяется), измеряемая в мм/мин. Скорость движения подачи — эторасстояние, пройденное рассматриваемой точкой заготовки вдоль траектории этойточки в движении подачи за минуту. Эта величина используется на станках дляналадки на необходимый режим, поскольку у фрезерных станков движение подачи иглавное движение резания кинематически не связаны между собой.
Применение соотношенияскоростей подачи и резания помогает правильно определить величины Soи Sz. Используя зависимости: So = Sz · z,vs = So · n где z — число зубьев фрезы, n — числооборотов фрезы (об/мин) определим vs = So · n = Sz· z · n.
Исходной величиной причерновом фрезеровании является подача на один зуб Sz, так как она определяетжёсткость зуба фрезы. Подачу при черновой обработке выбирают максимальновозможной. Ее величина может быть ограничена прочностью механизма подачистанка, прочностью зуба фрезы, жесткостью системы СПИД, прочностью и жесткостьюоправки и по другим соображениям. При чистовом фрезеровании определяющейявляется подача на один оборот фрезы So, которая влияет на величинушероховатости обработанной поверхности.
Рекомендуемые подачи дляразличных условий резания приведены в таблицах 8, 9, 10 /5, 6/.
Ширина фрезерования B(мм) — величина обрабатываемой поверхности, измеренная в направлении,параллельном оси фрезы — при периферийном фрезеровании, и перпендикулярном кнаправлению движения подачи — при торцовом фрезеровании. Ширина фрезерованияопределяется наименьшей из двух величин: ширины обрабатываемой заготовки идлины или диаметра фрезы./> />
Скорость резания прифрезеровании v определяется как линейная скорость точки фрезы (м/мин).Действительная скорость резания определяется по формуле
где D — диаметр фрезы (мм)по наиболее удалённой от оси вращения точке режущей кромки, n — число оборотовфрезы (мм/об)./> />
Допустимая (расчётная) скоростьрезания определяется по эмпирической формуле
где Cv — коэффициент,характеризующий материал заготовки и фрезы;
T — стойкость фрезы(мин);
t — глубина резания (мм);
Sz — подача назуб (мм/зуб);
B — ширина фрезерования(мм);
Z — число зубьев фрезы;
q, m, x, y, u, p — показатели степени;
kv — общийпоправочный коэффициент на изменённые условия обработки.
Величины Cv q,m, x, y, u, p приведены в табл.11.
Средние значения периодастойкости торцовых фрез при диаметре фрезы следующие
Таблица2.2.4. — 1Диаметр фрезы (мм) 40...50 65...125 160...200 250...315 400...650 Стойкость (мин) 120 180 240 300 800
Общий поправочный коэффициентKv. Всякая эмпирическая формула определяется при постоянственекоторых факторов. В данном случае этими факторами являются физико — механические сойства заготовки и материала режущей части инструмента, геометрическиепараметры инструмента и т.д. В каждом конкретном случае эти параметры меняются.Для учёта этих изменений и вводится общий поправочный коэффициент Kv,который представляет собой произведение отдельных поправочных коэффициентов,Каждый из которых отражает изменение, относительно исходных, отдельныхпараметров /5/ :
Kv = Kmv • Kпv • Kиv • Kjv,
Kmv — коэффициент, учитывающий физико-механическиесвойства обрабатываемого материала, таблицы 12, 13;
Kпv — коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки, таблица 14;
Kиv — коэффициент,учитывающий инструментальный материал, таблица 15;
Kjv — коэффициент, учитывающий величину j — главного угла в плане,
Таблица2.2.4. — 2j
150
300
450
600
750
900
Kjv 1,6 1,25 1,1 1,0 0,93 0,87 /> />
Зная допустимую (расчетную)скорость резания v, определяют расчетную частоту вращения фрезы
где n — число оборотовфрезы, мин-1; D — диаметр фрезы, мм.
По паспорту станкавыбирают такую ступень скорости, при которой число оборотов фрезы будет равнорасчётному или меньше его, т.е. nф £ n, где nф — фактическоечисло оборотов фрезы, которое должно быть установлено на станке. Допускаетсяприменение такой ступени скорости, при которой увеличение фактического числаоборотов по отношению к расчетному будет не более 5%. По выбранному числуоборотов шпинделя станка уточняют фактическую скорость резания /> />
и определяют скорость движенияподачи (минутную подачу):
vS(Sм)= Sz • z • nф = Sо • nф (мм/мин.)
Затем по паспорту станкавыбирают наиболее подходящее значение — ближайшее меньшие или равное расчётнойвеличине.2.5. Проверка выбранного режима резания
Выбранный режим резания проверяют по использованию мощности на шпинделестанка и по усилию, необходимому для осуществления движения подачи.
Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощностина шпинделе:
Nр £ Nшп ,
где Nр — эффективная мощность резания, кВт;
Nшп — допустимая мощность на шпинделе, определяемая помощности привода, кВт.
Приводом станка является совокупность механизмов от источника движения дорабочего органа. Приводом главного движения резания является совокупностьмеханизмов от электродвигателя до шпинделя станка, а его мощность определитсяисходя из мощности электродвигателя и потерь в механизмах.
Мощность на шпинделе определится по формуле
Nшп = Nэ • h ,
где Nэ — мощность электродвигателя привода главного движениярезания, кВт, h — КПД механизмов привода станка, h = 0,7… 0,8./> />
Мощностьрезания при фрезеровании определяется по формуле
где Мкр — крутящий момент на шпинделе, Нм, n — число оборотовфрезы, мин-1./> />
Крутящий момент на шпинделе станка определится по формуле:
где Рz — главная составляющая (касательная) силы резания, Н; D- диаметр фрезы, мм./> />
Главная составляющая силы резания Pz при фрезерованииопределяется по формуле
где Cp — коэффициент, характеризующий обрабатываемый материали другие условия;
Kp — общий поправочный коэффициент, представляющий собойпроизведение коэффициентов, отражающих состояние отдельных параметров, влияющихна величину силы резания,
Kр = Kmр • Kvр• Kgр • Kjv,
— Kmр — коэффициент, учитывающийсвойства материала обрабатываемой заготовки (табл.17);
— Kvр — коэффициент, учитывающий скорость резания (табл.18);
— Kgр — коэффициент, учитывающийвеличину переднего угла g (табл.19) ;
— Kjр — коэффициент, учитывающийвеличину угла в плане j (табл.19).
Значения коэффициента Ср и показателей степеней x, y, u, q, wприведены в табл.16.
Величина радиальной составляющей силы резания Рy может бытьопределена по соотношению Рy ≈ 0,4 Рz.
Если условие Nр £ Nшпне выдерживается, то необходимо уменьшить скорость резания или изменить другиепараметры резания.
При фрезеровании имеет большое значение представление силы резания повертикальной Pв и горизонтальной Рг составляющим.Горизонтальная составляющая силы резания Рг представляет собой силу,которую необходимо приложить для обеспечения движения подачи, она должна бытьменьше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачистанка:
Рг £ Рдоп, Н.
где Рдоп — наибольшее усилие, допускаемое механизмомпродольной подачи станка (Н), берется из паспортных данных станка (табл.20).
Горизонтальная составляющая силы резания определяется из приведённых нижесоотношений и зависит от вида торцового фрезерования /5/:
— при симметричном фрезеровании — Рг = (0,3...0,4) • Рz;
— при несимметричном встречном — Рг = (0,6...0,8) • Рz;
— при несимметричном попутном - Рг = (0,2...0,3) • Рz;
Если условие Рг £ Рдопне выдерживается, необходимо уменьшить силу резания Рz за счетуменьшения подачи на зуб Sz и, соответственно, скорости движенияподачи vS (минутной подачи Sм).2.6. Расчёт времени выполнения операции ииспользования оборудования
Штучное время Тшт — время, затрачиваемое на выполнениеоперации, определяется как интервал времени, равный отношению циклатехнологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий ирассчитывается как сумма составляющих
Тшт = То + Твсп + Тобс + Тотд,(мин)
где То — основное время, это часть штучного времени,затрачиваемая на изменение и последующее определение состояние предмета труда,т.е. время непосредственного воздействия инструмента на заготовку;
Твсп — вспомогательное время, это часть штучного времени,затрачиваемая на выполнение приёмов, необходимых для обеспечениянепосредственного воздействия на заготовку.
Тобс — время обслуживания рабочего места, это часть штучноговремени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологическогооснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом. Времяобслуживания рабочего места складывается из времени организационного обслуживания(осмотр и опробование станка, раскладка и уборка инструмента, смазка и очисткастанка) и времени технического обслуживания (регулирование и подналадка станка,смена и подналадка режущего инструмента, правка шлифовальных кругов и т.п.);
Тотд — время на личные потребности, это часть штучноговремени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительныхработах, на дополнительный отдых;2.6.1. Основное время
Основное время при фрезеровании равно отношению длины пути, пройденногофрезой, за число рабочих ходов к скорости движения подачи, и определяется поформуле/> />
где L — общая длина прохода фрезы в направлении подачи, мм;
— i — число рабочих ходов;
— l — длина обрабатываемой заготовки, мм;
— l1 — величина врезания фрезы, мм;
— l2 — величина перебега фрезы, мм; l2 = 1...5 мм.
Величина врезания l1 при фрезеровании торцовыми фрезамиопределяется из условий:/> />
— присимметричном неполном (для случая на рис.2а):
— при несимметричном встречном (для случая на рис.2б):/> />
— принесимметричном попутном (для случая на рис.2в):
l1 = 0,5 • D,
где D — диаметр фрезы, мм; В — ширина заготовки, мм; C1 — величина смещения фрезы относительно торца заготовки (рис.2б).2.6.2 Вспомогательное время.
К этому времени относится время, затрачиваемое на установку, закрепление,снятие заготовки (табл. 21), время на управление станком при подготовке рабочегохода (табл. 22), выполнение измерений в процессе обработки (табл. 23).2.6.3. Оперативное время.
Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем:
Tоп = То + Твсп .
Оперативное время является основным составляющим штучного времени.2.6.4. Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности
Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности частоберут в процентах от оперативного времени :
Тобс = (3...8 % ) • Tоп; Тотд =(4...9 % ) • Tоп; Тобс + Тотд ≈ 10% Tоп.2.6.5. Штучно — калькуляционное время
Для определения нормы времени — времени выполнения определённого объёма работв конкретных производственных условиях одним или несколькими рабочими, необходимоопределить штучно — калькуляционное время Тшк, в которое входит,помимо штучного времени, ещё и время на подготовку рабочих и средствпроизводства к выполнению технологической операции и приведение их в первоначальноесостояние после её окончания — подготовительно — заключительное время Тпз.Это время необходимо для получения задания, приспособлений, оснастки,инструмента, установки их, для наладки станка на выполнение операции, снятиевсех средств оснащения и сдачи их (табл.24). В штучно — калькуляционное времяподготовительно — заключительное время входит как доля его, приходящаяся наодну заготовку. Чем большее число заготовок n обрабатывается с одной наладкистанка (с одного установа, в одной операции) тем меньшая часть подготовительно- заключительного времени входит в состав штучно — калькуляционного./> />
Вмассовом производстве Тпз принимается равным нулю, так как практическився работа выполняется при одной наладке станка.2.6.6. Расчёт потребности в оборудовании./> />
Расчетноеколичество станков (Z) для выполнения определенной операции рассчитываетсяпо формуле
где Тшт — штучное время, мин; П — программа выполнения деталейв смену, шт.;
Тсм — время работы станка в смену, ч. В расчётах принимаетсявремя работы станка в смену Тсм = 8 часов, в реальных условиях накаждом предприятии это время может приниматься иным.2.6.7. Технико-экономическая эффективность.
Оценку технико-экономической эффективности технологической операциипроводят по ряду коэффициентов, в числе которых: коэффициент основного времении коэффициент использования станка по мощности /7, 8, 9/.
Коэффициент основного времени Ко определяет его долю в общемвремени, затрачиваемом на выполнение операции/> />
где Kо — коэффициент основного времени /9/.
Чем выше Kо, тем лучше построен технологический процесс,поскольку больше времени, отведённого на операцию, станок работает, а непростаивает, т.е. в этом случае уменьшается доля вспомогательного времени.
Ориентировочно величина коэффициента Kо для разных станковнаходится в следующих пределах
— протяжные станки - Kо =0,35...0,945;
— фрезерные непрерывного действия - Kо = 0,85...0,90;
— остальные - Kо= 0,35...0,90.
Если коэффициент основного времени Kо ниже этих величин, то необходиморазработать мероприятия по уменьшению вспомогательного времени (применениебыстродействующих приспособлений, автоматизация измерений детали, совмещениеосновного и вспомогательного времени и др.).
Коэффициент использования станка по мощности КN определяетсякак
/>
де KN — коэффициент использования станка по мощности /9/; NР — мощность резания, кВт (в расчёте принимают ту часть технологической операции,которая происходит с наибольшими затратами мощности резания); Nст — мощность главного привода станка, кВт; h — КПД станка.
Чем KN ближе к 1, тем более полно используется мощностьстанка./> />
Принеполной загрузке станка ухудшается показатель использования электроэнергии.Полная электрическая мощность, потребляемая из сети, S распределяется на активнуюP и реактивную Q. Их соотношения определяются как
При полной загрузке электродвигателя значение cosφ не будет равно 1,т.е. при этом из сети расходуется также и реактивная энергия. С учётомиспользуемых электродвигателей примерные значения cosφ будут следующими:при загрузке 100% cosφ=0,85, при загрузке 50% — 0,7, при загрузке 20% — 0,5, и на холостом ходу — 0,2 этой величины.
Рассмотрим пример правильности применения ряда фрезерных станков (моделей6Р13, 6Н13, 6Р12, 6Н12, 6Р11), если мощность потребная на резание составляет Nрез=3,2кВт. Показатели Модели фрезерных станков 6Р13 6Н13 6Р12 6Н12 6Р11
Мощность эл. двигателя
Nэд 11,0 10,0 7,5 7,0 5,5
Мощность холостого хода
Nхх 2,200 2,500 2,250 1,750 1,100
Мощность резания
Nрез 3,200 3,200 3,200 3,200 3,200
Активная мощность
P=Nхх+Nрез 5,400 5,700 5,450 4,950 4,300
Коэффициент использования
KN 0,491 0,570 0,727 0,707 0,782
мощности электро двигателя
Косинус фи cos φ 0,585 0,635 0,718 0,708 0,740
Полная потребляемая мощность S 9,231 8,976 7,591 6,992 5,811
Коэффициент эффективности потребляемой электр. мощности
Кэф 0,585 0,635 0,718 0,708 0,740
Излишне использованная
мощность из электросети
N из 3,831 3,276 2,141 2,042 1,511
Неоправданные затраты
электрической мощности
Nнеоп 2,320 1,766 0,630 0,531 0,000
Из приведённого примера видно, что неправильный выбор станка приводит ктаким перерасходам электроэнергии, которые могут быть сопоставлены с мощностьюрезания.
В целях погашения излишне используемой реактивной мощности, за которуюпредприятия платят значительные штрафы, необходимо создавать специальные устройствадля её погашения емкостной мощностью.3. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ3.1. Условия задачи.3.1.1 Исходные данные.
Исходными данными для расчёта режима резания являются:
материал заготовки — поковка из стали 20Х;
предел прочности материала заготовки — sв = 800 МПа (80кг/мм2);
ширина обрабатываемой поверхности заготовки, В — 100 мм;
длина обрабатываемой поверхности заготовки, L — 800 мм;
требуемая шероховатость обработанной поверхности, Ra — 0,8 мкм(7 класс шероховатости);
общий припуск на обработку, h — 6 мм;
средняя дневная программа производства по данной операции, П — 200 шт.3.1.2. Цель расчётов.
В результате проведённых расчётов необходимо:
выбрать фрезу по элементам и геометрическим параметрам;
выбрать фрезерный станок;
рассчитать величины элементов режима резания — глубина резания t, подачаS, скорость резания v;
провести проверку выбранного режима резания по мощности привода ипрочности механизма подачи станка;
произвести расчёт времени, необходимого для выполнения операции;
произвести расчёт необходимого количества станков;
провести проверку эффективности выбранного режима резания и подбора оборудования.3.2. Порядок расчета.3.2.1. Выбор режущего инструмента иоборудования.
Исходя из общего припуска на обработку h = 6 мм и требований к шероховатостиповерхности, фрезерование ведем в два перехода: черновой и чистовой. По таблице1 определяем тип фрезы — выбираем торцовую фрезу с многограннымитвердосплавными пластинками по ГОСТ 26595-85. Диаметр фрезы выбираем из соотношения:
D = (1,25...1,5) • В = 1,4 • 100 = 140 мм
Выбор фрезы уточняем по таблицам 1, 2, 3, 4 — ГОСТ 26595-85, диаметр D =125 мм, число зубьев z = 12, пятигранные пластинки, условное обозначение — 2214-0535.
Материал режущей части фрезы выбираем по таблице 5 для чернового фрезерованияуглеродистой и легированной незакалённой стали — Т5К10, для чистового фрезерования- Т15К6.
Геометрические параметры фрезы выбираем по таблицам 6 и 7 для фрез спластинами из твёрдого сплава (табл. 6) при обработке стали конструкционнойуглеродистой с σв ≤ 800 МПа и подачей для чернового фрезерования> 0,25 мм/зуб: g = -50; a = 80; j = 450; jо = 22,50; j1 = 50;l = 140; для чистового фрезерования с подачей
Черновое фрезерование производим по схеме — несимметричное встречное(Рис. 8.б), чистовое — несимметричное попутное (Рис. 8.в).
Предварительно принимаем проведение работ на вертикально — фрезерномстанке 6Р13, паспортные данные в таблице 20.3.2.2. Расчёт элементов режима резания.3.2.2.1. Назначение глубины резания.
При назначении глубины резания в первую очередь из общего припуска выделяетсята его часть, которая остаётся для проведения чистовой обработки — t2= 1 мм. Чистовое фрезерование проводится за 1 рабочий ход i2 = 1.Отсюда припуск h1 при черновом фрезеровании составит :
h1 = 6 — 1 = 5 мм.
Для снятия этого припуска достаточно одного рабочего хода, поэтому принимаемчисло рабочих ходов при черновом фрезеровании i1 = 1. Тогда глубинарезания t1 при черновом фрезеровании составит
t1 = h1 / i1 = 5 / 1 = 5 мм.3.2.2.2. Назначение подачи.
Подачу при черновом фрезеровании выбираем из таблиц 8 и 9. Для торцовыхфрез с пластинами из твёрдого сплава (табл. 8) с мощностью станка > 10 кВтпри несимметричном встречном фрезеровании для пластинки Т5К10 подача на зубнаходится в пределах Sz1 = 0,32…0,40 мм/зуб. Принимаем меньшуювеличину для гарантированного обеспечения условия по мощности на шпинделе Sz1= 0,32 мм/зуб, подача на оборот составит. Sо1 = Sz1 • z=0,32 • 12 = 3,84 мм/об.
Подачу при чистовом фрезеровании выбираем по таблице 10. Для торцовыхфрез с пластинами из твёрдого сплава (часть Б) с материалом, имеющим σв≥ 700 МПа с шероховатостью обработанной поверхности Ra = 0,8мкм с углом j1 = 50подача наоборот фрезы находится в пределах Sо2 = 0,30…0,20 мм/об. Принимаембольшую величину для повышения производительности процесса Sо2 =0,30 мм/об. При этом подача не зуб составит
Sz2 = Sо2 / z =0,30 / 12 = 0,025 мм/зуб.3.2.2.3. Определение скорости резания.
Скорость резания определяем по формуле:/> />
Значениякоэффициента Cv и показателей степени определяем по таблице 11. Длячернового и чистового фрезерования конструкционной углеродистой стали с σв≥ 750 МПа с применением твёрдосплавных пластин:
Cv = 332, q = 0,2; m = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,2; p = 0.
Принимаем Т = 180 мин, п. 2.4 таблица 1.
Общий поправочный коэффициент
Kv = Kmv • Kпv• Kиv • Kjv
Кmv находим по таблице 12 для обработки стали. Расчётнаяформула Кmv = Кг • (750/sв)nv. По таблице 13 находим для обработки стали углеродистой сσв > 550 МПа для материала инструмента из твёрдого сплава Кг= 1, nv = 1. Тогда Кmv1,2 = 1 •(750/800)1,0 = 0,938.
Kjv находим по таблице 2.2.4. — 2для чернового фрезерования при j = 45о Kjv1 = 1,1; для чистового фрезерования при j = 60о Kjv2 = 1,0.
Kпv находим по таблице 14 для обработки при черновомфрезеровании — поковки Kпv1 = 0,8, при чистовом фрезеровании — безкорки Kпv2 = 1.
Kиv находим по таблице 15 для обработки стали конструкционной фрезой с пластинкамииз твёрдого сплава Т5К10 при черновом фрезеровании Kиv1 = 0,65, спластинками из твёрдого сплава Т15К6 при чистовом фрезеровании Kиv2= 1.
Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен
Kv1 = 0,938 • 1,1 • 0,8 • 0,65 = 0,535.
Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен
Kv2 = 0,938 • 1,0 • 1,0 • 1,0 = 0,938.
Скорость резания при черновом фрезеровании равна/> />
Скоростьрезания при чистовом фрезеровании равна:/> />
Расчетноечисло оборотов фрезы определяем для чернового и чистового фрезерования повыражению/>
/>
3.2.2.4. Уточнение режимов резания
По паспорту станка 6Р13 уточняем возможную настройку числа оборотов фрезыи находим фактические значения для черновой обработки nф1 = 200 мин-1,для чистовой обработки nф2 = 1050 мин-1, т.е. выбираемближайшие наименьшие значения от расчётных. В результате этого изменится ифактическая скорость резания, которая составит при черновой обработке
vф1 = πDn/1000 = 3,14 • 125 • 200/1000 = 78,50 м/мин ,
а при чистовой обработке
vф2 = πDn/1000 = 3,14 • 125 • 1050/1000 = 412,12 м/мин .
Для уточнения величин подач необходимо рассчитать скорость движенияподачи vS по величине подачи на зуб и на оборот
vS = So • n = Sz • z • n;
vS1 = 0,32 • 12 • 200 = 768 мм/мин ; vS2 =0,3 • 1050 = 315 мм/мин.
По паспорту станка находим возможную настройку на скорость движенияподачи, выбирая ближайшие наименьшие значения, vS1 = 800 мм/мин,поскольку эта величина только на 4,17% выше расчётной и vS2 = 315мм/мин. Исходя из принятых величин уточняем значения подач на зуб и на оборот
Soф1 = 800 / 200 = 4 мм/об; Szф1= 4 / 12 = 0,333 мм/зуб;
Soф2 = 315 / 1050 = 0,3 мм/об; Szф2= 0,3 / 12 = 0,025 мм/зуб;3.2.3. Проверка выбранного режимарезания
Выбранный режим резания проверяем по характеристикам станка: мощности нашпинделе станка и максимально допустимому усилию, прилагаемому к механизму подачи.Поскольку нагрузки на станок при черновой обработке значительно выше, чем причистовой, проверку выбранного режима резания проводим для чернового фрезерования.
Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощностина шпинделе : Nр £ Nшп.
Мощность на шпинделе
Nшп = Nэ • h = 11 • 0,8 = 8,8 кВт./> />
Мощностьрезания при черновом фрезеровании определится по формуле
Крутящий момент определится по формуле/> />
Главная составляющая силырезания определяется по формуле/> />
Значениекоэффициента Ср и показателей степеней x, y, u, q, w находим по таблице 16: Ср= 825; x = 1,0; y = 0,75; u = 1,1; q = 1,3; w = 0,2. При затуплении фрезы додопустимой величины сила резания возрастает по стали с σв > 600 МПа в1,3…1,4 раза. Принимаем увеличение в 1,3 раза.
Общий поправочный коэффициент Kр = Kmр • Kvр • Kgр • Kjр .
Кmр определяем по таблице 17 для обработкиконструкционных углеродистых и легированных сталей Кmр = ( sв/750 )np,показатель степени np = 0,3, тогда Кmр = ( 800/750 )0,3 = 1,02.
Kvропределяем по таблице 18 для черновой обработки при скорости резания до 100м/мин при отрицательных значениях переднего угла Kvр1 = 1, длячистовой обработки при скорости резания до 600 м/мин Kvр2 = 0,71.
Kgр и Kjр определяем потаблице 19. При g = -5о Kgр = 1,20 и при j = 45о Kjр1 = 1,06, при j = 60оKjр2 = 1,0.
Величинаобщего поправочного коэффициента составит
Кр1= 1,02 • 1 • 1,20 • 1,06 = 1,297; Кр2 = 1,02 • 0,71 • 1,20 •1,0 = 0,869/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Главнаясоставляющая силы резания при черновом фрезеровании составит
Крутящиймомент определится как/> />
Мощностьрезания при черновом фрезеровании определится как/> />
Условиеправильности выбора режима резания по мощности привода Nр £ Nшп не соблюдается, поскольку 48,51 > 8,8, это означает, что выбранный режим резания не может быть осуществленна данном станке.
Наиболееэффективно снижение мощности резания за счёт уменьшения скорости резания, атакже уменьшения подачи на зуб. Мощность резания необходимо уменьшить в 5,5раза, для этого скорость резания уменьшим за счёт уменьшения числа оборотов фрезыс 200 до 40 об/мин с 78,5 м/мин до 14,26 м/мин. Скорость движения подачи приэтом снизится с 768 мм/мин до vS1 = 0,32 • 12 • 40 = 153,6 мм/мин.Поскольку изменение глубины резания приведёт к необходимости проведения второгорабочего хода, изменим величину скорости движения подачи до 125 мм/мин (таблица20), при этом подача на зуб фрезы составит Sz1 = 125/12 • 40 = 0,26мм/зуб.
Подставивновое значение подачи на зуб в формулу расчёта главной составляющей силырезания получим Pz1 = 31405,6 Н, крутящий момент станет равным Мкр1= 1960,3 Нм, мощность резания Nр1 = 8,04 кВт, что удовлетворяеттребованиям по мощности привода.
Вторымусловием является то, что горизонтальная составляющая силы резания (усилиеподачи) должна быть меньше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмомпродольной подачи станка: Рг £ Рдоп.
Длястанка 6Р13 Рдоп = 15000 Н.
Горизонтальнаясоставляющая силы резания Рг при условии несимметричного встречного черновогофрезерования
Рг= 0,6 • Рz1 = 0,6 • 31364,3 = 18818,58 Н.
Таккак условие Рг £ Рдопне соблюдается (18818,58 > 15000 ), выбранный режим резанияне удовлетворяет условию прочности механизма продольной подачи станка. Дляснижения горизонтальной составляющей силы резания необходимо уменьшить подачуна зуб фрезы. Представим формулу расчёта главной составляющей силы резания ввиде /> />
Наибольшеедопустимое механизмом подачи значение главной составляющей силы резания должнобыть не больше Pz1 £ Pдоп/ 0,6 ≤ 15000 / 0,6 ≤ 25000 Н. Из этого условия находим Sz1/>
/> />
По вновьвыбранному значению Sz1 определяем vs1 = 0,192 • 12 • 40= 92,16 мм/мин, ближайшее меньшее значение на станке vs1 = 80мм/мин. Фактическая подача на оборот фрезы составит Soф = 2 мм/об,фактическая подача на зуб фрезы составит Szф = 0,167 мм/зуб.
Всвязи с многократным превышением показателей первого расчёта над допустимыминеобходимо провести проверку правильности выбора режима резания при чистовомпереходе./> />
Главнаясоставляющая силы резания при чистовой обработке значительно ниже допустимых величин,в связи с чем корректировать расчёт не требуется.
Окончательноданные расчёта сведены в таблице Наименование показателей Единицы измерения Для перехода чернового чистового Глубина резания t мм 5 1
Расчётная подача на зуб фрезы Sz мм/зуб 0,323 0,025
Расчётная подача на оборот фрезы So мм/об 3,84 0,3 Расчётная скорость резания v м/мин 88,24 503,25 Расчётное число оборотов фрезы n об/мин 224,82 1282,16
Фактическое число оборотов фрезы nф об/мин 200 1050
Фактическая скорость резания vф м/мин 78,50 412,12
Расчётная скорость движения подачи vS мм/мин 768 315
Фактическая скорость движения подачи vSф мм/мин 800 315
Фактическая подача на оборот фрезы Soф мм/об 4 0,3
Фактическая подача на зуб фрезы Szф мм/зуб 0,333 0,025
Главная составляющая силы резания Pz Н 37826,7 521
Крутящий момент Мкр Нм 2364,17 Мощность резания N кВт 48,51
Первая корректировка режима резания
Фактическое число оборотов фрезы nф об/мин 40
Фактическая скорость резания vф м/мин 15,7
Расчётная скорость движения подачи vS мм/мин 159,84
Фактическая скорость движения подачи vSф мм/мин 160
Главная составляющая силы резания Pz Н 31364,3
Крутящий момент Мкр Нм 1960,3 Мощность резания N кВт 8,08
Горизонтальня составл. силы резания Pг Н 18818,58
Вторая корректировка режима резания
Расчётная подача на зуб фрезы Sz мм/зуб 0,192
Расчётная скорость движения подачи vS мм/мин 92,16
Фактическая скорость движения подачи vSф мм/мин 80
Фактическая подача на оборот Soф мм/об 2
Фактическая подача на зуб Szф мм/зуб 0,167 /> /> /> /> />
Такимобразом станок налаживается по следующим величинам:
Черновойпереход nф1 = 40 мин-1, vS1 =80 мм/мин;
Чистовойпереход nф2 = 1050 мин-1, vS2 =315 мм/мин.3.2.4. Расчёт времени выполненияоперации.3.2.4.1. Расчёт основного времени./> />
Основноевремя определяем по формуле
Длина фрезерования l = 800 мм;
Величина врезания фрезы l1 определяется для условиянесимметричного встречного фрезерования, принимаем С1 = 0,04 • D,/> />
l1= 0,5•125 — √0,04•125•(125 — 0,04•125) = 62,25 — 24,25 = 38 мм.
Величину перебега фрезы l2 для чернового и чистовогофрезерования принимаем одинаковой l2 = 5 мм.
Число рабочих ходов i при чистовом и черновом фрезеровании равно 1.
Общая длина прохода фрезы для чернового и чистового фрезерования
L = 800 + 38 + 5 = 843 мм.
Основное время при торцовом фрезеровании заготовки за черновой и чистовойпереходы составит:
/>
3.2.4.2. Определение штучного времени.
Штучное время, затрачиваемое на данную операцию, определяется как
Тшт = То + Твсп+ Тобс + Тотд
Вспомогательное время Твсп, затрачиваемое на установку иcнятие детали, определяем по таблице 21. Принимаем способ установки детали придлине 800 мм — на столе с выверкой средней сложности; при массе детали до 10 кг- время на установку и снятие заготовки равно 1,8 мин. Вспомогательное время нарабочий ход (таблица 22) принимаем для обработки плоскостей с одной пробнойстружкой — 0,7 мин и на последующие проходы — 0,1 мин всего — 0,8 мин. Вpемяна измеpение заготовки с помощью штангенциркуля (таблица 23) по ширине и толщинезаготовки (высоте от стола) — размеры до 100 мм с точностью до 0,1 мм, принимаемравным 0,13 мин.
Твсп = 1,8 + 0,8 + 0,13 =2,73 мин.
Тогда оперативное время
Tоп1 = То + Твсп= 10,54 + 2,73 = 13,27 мин.
То2 = 2,68 + 2,73 =5,41 мин
Время на обслуживание pабочего места и вpемя на отдых принимаем в процентахот оперативного времени:
Тотд1 + Тобс1 =10 % • Tоп = 0,1 • 13,27 = 1,32 мин ;
Тотд2 + Тобс2 =10 % • Tоп = 0,1 • 5,41 = 0,54 мин ;
Штучное время, затрачиваемое на данную операцию,
Тшт1 = То1 + Твсп1 + Тобс1 +Тотд1 = То1 • 0,1 То1 =13,27 + 1,32 = 14,59мин.
Тшт2 = То2 + Твсп2 + Тобс2 +Тотд2 = То2 • 0,1 То2 = 5,41 + 0,54 = 5,95мин.3.2.4.3. Определениештучно-калькуляционного времени/> />
Нормаподготовительно — заключительного времени на выполнение данной операции приустановке заготовки на столе с креплением болтами и планками (таблица 24) составит24 мин.
/>
3.2.5. Определение технико — экономической эффективности/> />
3.2.5.1. Определение потребного количествастанков/> />
Принимаемколичество станков необходимых для выполнения черновой обработки — Z1ф= 6 шт, и для чистовой обработки Z2ф = 3 шт. Шести станков длячерновой операции на всю операционную партию не хватает, однако приняв 7станков получим большой недогруз станков по времени работы. Предпочтительнейпринять загрузку шести станков с добавлением одной целой смены за определённыйпериод времени. Для операции чистовой обработки 3 станка не будут полностьюзагружены в течение смены и с тем, чтобы их не переналаживать на выполнениедругой операции необходимо откорректировать размер сменного задания — операционную партию. Одну смену за определённый период можно освободить длявыполнения других работ или профилактики оборудования. При этом операционныепартии составят
П1ф = Z1ф • Тсм• 60 / Тшк1 =6 • 8 • 60 / 14,71 = 196 шт.
П2ф = Z2ф • Тсм• 60 / Тшк2 =3 • 8 • 60 / 6,07 = 237 шт.
При черновой обработке нехватка оборудования составит
(П1 — П1ф) / П1=(200 — 196) / 200 = 1 / 50,
т.е. через 50 смен необходимо добавить ещё одну для выполнения всего задания.
При чистовой обработке излишек времени оборудования составит
(П2ф — П2) / П2= (237-200) / 200 = 10 / 54,
т.е. примерно на каждые 6 смен одна смена может быть освобождена длявыполнения других работ.3.2.5.2. Коэффициент основного вpемени
В рассчитанных операциях основное время в составе штучного времени будетиметь следующую долю
Ко1 = То1 / Тш1= 10,54 / 14,59 = 0,72
Ко2 = То2 / Тш2= 2,68 / 5,95 = 0,45
Данные говорят о том, что при выполнении чистовой обработки относительномного времени отводится для вспомогательных действий, поэтому следует провестиорганизационные или технологические мероприятия по механизации процессов,сокращению вспомогательного времени, совмещению основного и вспомогательноговремени и т.д. При выполнении черновой обработки доля основного временидостаточно высока и не требует первоочередного проведения каких-либо мероприятий.3.2.5.3. Коэффициент использованиямощности станка
При операции черновой обработки мощность резания составляет 8,04 кВт примощности на шпинделе станка 8,8 кВт, при этом коэффициент использованиямощности составит
КN = Np / Nст• h = 8,04 / 11 • 0,8 = 0,92
Коэффициент использования мощности станка KN достаточно высок,при необходимости он может быть несколько повышен за счёт увеличения подачи назуб.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Колокатов А.М. Методические указания по расчету (назначению) режимоврезания при торцовом фрезеровании. — М., МИИСП, 1989. — 27 с.
2. Некрасов С.С. Обработка материалов резанием. — М.: Агропромиздат,1988.- 336 с.
3. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки/Кривоухов В.А., Петруха П.П. и др. — М.: Машиностроение, 1967. — 654 с.
4. Краткий справочник металлиста./ Под ред. А.Н.Малова и др. — Изд.2-е.-М.: Машиностроение, 1971. — 767 с.
5. Справочник технолога — машиностроителя. В 2 т. /Под ред. А.Г. Косиловойи Р.К.Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985.
6. Долматовский Г.А. Справочник технолога по обработке металлов резанием.- 3-е изд., перераб. — М.: ГНТИ, 1962. — 1236 с.
7. Некрасов С.С., Байкалова В.Н Методические рекомендации по выполнению домашнего задания по курсу «Обработка конструкционных материалов резанием» (длястудентов факультетов механизации сельского хозяйства и инженерно-педагогического).- М.: МИИСП, 1988. — 38 с.
8. Некрасов С.С., Байкалова В.Н., Колокатов А.М. Определение техническойнормы времени станочных операций: Методические рекомендации. — М.: МГАУ, 1995.- 20 с.
9. Некрасов С.С., Колокатов А.М., Баграмов Л.Г. Частные критерии оценкитехнико-экономической эффективности технологических процессов: Методическиерекомендации. — М.: МГАУ, 1997. — 7 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица 1
Стандартные торцовые фрезы
ГОСТ Типы торцовых фрез Диаметр фрезы, (мм) / число ножей фрезы, (шт). 26595-85
Фрезы торцовые с механическим креплением многогранных пластин.
Типы и основные размеры. 50/5, 63/6, 80/8, (80/10), 100/8, 100/10, 125/8, 125/12, 160/10, 160/14, (160/16), 200/12, 200/16, (200/20), 250/14, 250/24, 315/18, 315/30, 400/20, 400/40, 500/26, 500/50 24359-80
Фрезы торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава.
Конструкция и размеры.
100/8, 125/8, 160/10,
200/12, 250/14, 315/18,
400/20, 500/26, 630/30 22085-76 Фрезы торцовые насадные с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин
100/8, 125/8,
160/10, 200/12 22087-76 Фрезы торцовые концевые с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин 63/5, 80/6 22086-76 Фрезы торцовые насадные с механическим креплением круглых твердосплавных пластин 100/10, 125/12, 160/14, 200/16 22088-76 Фрезы торцовые концевые с механическим креплением круглых твердосплавных пластин 50/5, 63/6, 80/8 9473-80
Фрезы торцовые насадные мелкозубые со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава.
Конструкция и размеры. 100/10, 125/12, 160/16, 200/20, 250/24, 315/30, 400/36, 500/44, 630/52 9304-69
Фрезы торцовые насадные.
Типы и основные размеры. 40/10, 50/12, 63/14, 80/16, 100/18, 63/8, 80/10,100/12, 16222-81 Фрезы торцовые насадные для обработки легких сплавов 50, 63, 80 при z = 4 16223-81
Фрезы торцовые насадные со вставными ножами с твердосплавными пластинами для обработки легких сплавов.
Конструкция и размеры.
100/4, 125/6, 160/6,
200/8, 250/10, 315/12
Примечание: В скобках указаныфрезы другого исполнения
Таблица 2
Фрезы торцовые с механическим креплением многогранныхпластин
(ГОСТ 26595-85)
Обозначение фрез с пластинами формы D,
3-гранной
j = 900
4-гранной
j = 750
5-гранной
j = 670 круглой мм Z
2214-0351
2214-0359
2214-0368
2214-0377
2214-0395
2214-0421
2214-0539
2214-0554
2214-0462
2214-0479
2214-0506
2214-0524
2214-0353
2214-0362
2214-0371
2214-0379
2214-0397
2214-0423
2214-0542
2214-0556
2214-0464
2214-0482
2214-0508
2214-0526
2214-0355
2214-0364
2214-0373
2214-0382
2214-0399
2214-0535
2214-0544
2214-0277
2214-0466
2214-0484
2214-0511
2214-0528
2214-0357
2214-0366
2214-0375
2214-0384
2214-0402
2214-0292
2214-0293
2214-0558
2214-0468
2214-0486
2214-0513
2214-0531
50
63
80
80
100
125
160
200
250
315
400
500
5
6
8
10
10
12
14
12
14
18
40
50
Примечание:Пример условного обозначения торцовой фрезы диаметром 80 мм, праворежущей, смеханическим креплением трехгранных пластин из твердого сплава, с числом зубьев8: Фреза 2214-0368 ГОСТ 26595-85.
Тоже, для пластин из безвольфрамового твердого сплава:
Фреза2214-0368 Б ГОСТ 26595-85.Таблица 3
Фрезы торцовые насадные со вставными ножами,оснащенными
пластинами из твердого сплава (ГОСТ 24359-80)Обозначение D, мм Z Обозначение D, мм Z
2214-0001
2214-0003
2214-0005
2214-0007
100
125
160
200
8
8
10
12
2214-0011
2214-0013
2214-0015
2214-0017
2214-0019
250
315
400
500
630
14
18
20
26
30
Примечания: 1. Главный угол вплане j может быть 450, 600, 750,900
Пример условного обозначенияправорежущей торцовой фрезы
с ножами, оснащеннымипластинами из твердого сплава марки
Т5К10 диметром 200 мм и угломj = 600:
Фреза 2214-0007 Т5К10 600 ГОСТ 24359-80Таблица 4
Фрезы торцовые концевые и насадные с механическимкреплением
круглых твердосплавных пластинГОСТ Обозначение D, мм Z 22088-76
2214-0321
2214-0322
2214-0323
50
63
80
5
6
8 22086-76
2214-0291
2214-0292
2214-0293
2214-0294
100
125
160
200
10
12
14
16
Примечание:Пример условного обозначения фрезы диаметром 80 мм:
Фреза 2214-0323 ГОСТ 22088-76
Таблица 5
Марки твёрдого сплава для торцовых фрез Марка твёрдого сплава для торцовых фрез при обработке Вид фрезерования углеродистой и легированной незакаленной
труднообраба-
тываемой
стали чугуна стали HB 240 HB 400...700 черновое
Т5К10, Т5К12Б
ТТ7К12Б,
ТТ10К8Б
ВК8,
ВК10-ОМ,
ВК15-ОМ
ВК8
ВК10
ВК15 - получистовое
Т15К6,
Т14К8
ВК8,
ВК6-ОМ,
ВК10-ОМ
ВК6
ВК6М ВК6М чистовое
Т15К6,
Т30К4
ВК8,
ВК6М
ВК2, ВК3,
ВК3М, ВК4 ВК3М
Примечание:В сплаве ВК6М буква М означает мелкозернистую структуру.
Буквы ОМ — особо мелкозернистаяструктураТаблица 6
Геометрические параметры режущей части торцовых фрез
с пластинами из твердого сплава Задний угол для Угол в плане Угол
Обрабатываемый
материал
Перед-
ний
угол,
работы с подачей
в мм/зуб,
an = a1
глав-
ный, переходной кромки
вспо-
мога-
тельный,
наклона
режущей
кромки, g 0,25 j
jо
j1 l
Стали
конструкционные
углеродистые :
sв £ 800 МПа
sв > 800 МПа
-50
-100
12-160
6 — 80
15-600 j/2
50
12-150
Чугун серый
HB 200
+50
12-150
6 — 80
15-600 j/2
50
12-150 Чугун ковкий
+70
6 — 80
60
600 j/2
20
12-150 Таблица 7
Геометрические параметры режущей части торцовых фрез
из быстрорежущей стали Р18
1. Передние углы g в град.Фрезы
Сталь, sв МПа Чугун, НВ 1000 220 Торцовые
200
150
100
150
100
50
2. Задние углы a вград.Фрезы торцовые
Главный an
Торцовый a1
— с мелкими зубьями
— со вставными ножами и крупными зубьями
160
120
80
80
3. Углы в плане ипереходной кромки в град.
Фрезы торцовые
для стали
Главный,
j
Вспомога-тельный,
j1
Переходной
кромки,
j0
Длина пере-
ходной кромки, ¦0 ,мм
- со вставными ножами
- цельные
45...600
900
1...20
1...20
-
450
-
1...2 Таблица 8
Подачи при черновом фрезеровании торцовыми фрезами
с пластинами из твердого сплава
Мощность
станка,
кВт
Схема
фрезерования Сталь Чугун
Подача на один зуб фрезы Sz , мм/зуб Т15К6 Т5К10 ВК6 ВК8 5 — 10
симметричное
неполное
(рис. 8. а) 0,09...0,14 0,12...0,14 0,14...0,18 0,20...0,24
несимметричное
встречное
(рис. 8. б) 0,18...0,22 0,24...0,28 0,28...0,36 0,38...0,45 свыше 10
симметричное
неполное
(рис. 8. а) 0,12...0,15 0,16...0,20 0,18...0,24 0,25...0,32
несимметричное
встречное
(рис. 8. б) 0,24...0,30 0,32...0,40 0,38...0,48 0,50...0,64 Таблица 9
Подачи при черновом фрезеровании торцовыми фрезами
из быстрорежущей стали
Мощность Жесткость
Подача на один зуб Sz, мм, при обработке : станка, кВт системы СПИД стали чугуна
Фрезы с крупным зубом и фрезы со вставными ножами свыше 10
Повышенная
Средняя
Пониженная
0,20...0,30
0,15...0,25
0,10...0,15
0,40...0,60
0,30...0,50
0,20...0,30 5 — 10
Повышенная
Средняя
Пониженная
0,12...0,20
0,08...0,15
0,06...0,10
0,30...0,50
0,20...0,40
0,15...0,25 до 5
Средняя
Пониженная
0,06...0,07
0,04...0,06
0,15...0,30
0,10...0,20
Фрезы с мелким зубом 5 — 10
Повышенная
Средняя
Пониженная
0,08...0,12
0,06...0,10
0,04...0,08
0,20...0,35
0,15...0,30
0,10...0,20 до 5
Средняя
Пониженная
0,04...0,06
0,03...0,05
0,12...0,20
0,08...0,15
Примечания.Большие значения подач брать для меньшей глубины и ширины
фрезерования, меньшие — для больших значений глубины и ширины. Таблица 10
Подачи на оборот фрезы, мм/об, при чистовом фрезеровании :
А. торцовыми фрезами из быстрорежущей стали
Параметр
шероховатости
Rа, мкм
Сталь 45
40Х (прокат) Сталь 35
Сталь 45
улучшенная
Сталь 10, 20,
20Х 5,0… 2,5 1,2...0,50 1,4...0,50 2,6...1,00 1,8...0,70 2,5… 1,25 0,5...0,23 0,5...0,30 1,0...0,40 0,7...0,30
Примечание. Подачи даны для фрез из быстрорежущей стали с углом j1 = 20.
Для фрез с j1 = 00 подачи можно увеличить на 50...80 %.
Б. торцовыми фрезами с пластинами из твердого сплава
Обрабатываемый Угол
Параметр шероховатости Rа, мкм
(класс шероховатости)
материал —
сталь
j1
5,0… 2,5
(5 класс)
2,5… 1,25
(6 класс)
1,25...0,63
(7 класс)
0,63...0,32
(8 класс)
sв
50 0,80...0,50 0,55...0,40 0,25...0,20 0,15
20 1,6...1,0 1,1...0,80 0,50...0,40 0,30
sв ³ 700 МПа
50 1,0...0,7 0,60...0,45 0,30...0,20 0,20...0,16
20 2,0...1,4 1,2...0,90 0,60...0,40 0,40...0,30 Таблица 11
Значения коэффициента Сv и показателей степени в формуле
скорости резания при торцовом фрезеровании
Материал
режущей
Параметры
режима
резания Коэффициент и показатели степени части B t
Sz
Cv q x y u p m
Обработка конструкционной углеродистой стали, sв = 750 МПа
Т15К6*1 - - - 332 0,2 0,1 0,4 0,2 0,2
Р6М5*2
-
-
-
-
£ 0,1
> 0,1
64,7
41
0,25
0,25
0,1
0,1
0,2
0,4
0,15
0,15
0,2
0,2 Обработка серого чугуна, НВ 190
ВК6*1
Р6М5*2
-
-
-
-
-
-
445
42
0,2
0,2
0,15
0,1
0,35
0,40
0,2
0,1
0,1
0,32
0,15 Обработка ковкого чугуна, НВ 150
ВК6*1
-
-
-
-
£ 0,18
> 0,18
994
695
0,22
0,22
0,17
0,17
0,1
0,32
0,22
0,22
0,33
0,33
Р6М5*2
-
-
-
-
£ 0,1
> 0,1
90,5
57,4
0,25
0,25
0,1
0,1
0,2
0,4
0,15
0,15
0,1
0,1
0,2
0,2 Обработка жаропрочной стали 12Х18Н9Т в состоянии поставки
ВК8*1
Р6М5*2
-
-
-
-
-
-
108
46,9
0,2
0,15
0,06
0,2
0,3
0,3
0,2
0,2
0,1
0,32
0,14
Обработка силумина и литейных алюминиевых сплавов, sв = 100...200 МПа,
НВ £ 65 и дюралюминия, sв = 300...400 МПа, НВ £ 100
Р6М5*1
-
-
-
-
£ 0,1
> 0,1
245
155
0,25
0,25
0,1
0,1
0,2
0,4
0,15
0,15
0,1
0,1
0,2
0,2
Примечание. *1 Без охлаждения, *2 С охлаждением.Таблица 12
Поправочный Кmv,учитывающий физико-механические свойства
обрабатываемого материала.Обрабатываемый материал Расчетная формула Сталь
Кmv = Кг• (750/sв)nv Серый чугун
Кmv = ( 190/НВ )nv Ковкий чугун
Кmv = ( 150/НВ )nv
Примечания:. 1. sв и НВ - фактические параметры,характеризующие обрабатываемый материал, для которого рассчитывается скоростьрезания.
2. Значениякоэффициента Кг, характеризующий группу стали по обрабатываемости, и показателя степени nv приведеныв табл.13.Таблица 13
Значения коэффициента Кг и показатели степени nv в формуле
для рассчета коэффициента обрабатываемости КmvОбрабатываемый
Коэффициент Кг для
материала инструмента
Показатели степени nv
при обработке фрезами материал из быстрорежущей стали
из твердого
сплава из быстрорежущей стали
из твердого
сплава
Сталь :
- углеродистая (С£0,6 %) :
sв
sв = 450...550 МПа
sв > 550 МПа
- повышенной и высокой
обрабатываемости резанием
- углеродистая (С>0,6 %)
- быстрорежущие
1,0
1,0
1,0
1,2
0,8
0,6
1,0
1,0
1,0
1,1
0,9
0,7
-0,9
-0,9
-0,9
-
1,35
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Чугун :
серый
ковкий
-
-
-
-
0,95
0,85
1,25
1,25 Таблица 14
Поправочный коэффициент Кпv, зависимости скорости резания от
состояние поверхности заготовкиСостояние поверхности заготовки с коркой без корки Прокат Поковка
Стальные и чугунные
отливки при корке
Медные и
алюминиевые нормальной
сильно
загрязненной сплавы 1,0 0,9 0,8 0,8...0,85 0,5...0,6 0,9
Таблица 15
Поправочный коэффициент Киv зависимости скорости резания от
материала режущей части инструмента
Обрабатываемый
материал
Значения коэффициента Киv в зависимости
от марки инструментального материала Сталь Т5К12В Т5К10 Т14К8 Т15К6 Т30К4 ВК8 конструкционная 0,35 0,65 0,8 1,0 1,4 0,4 Сталь HRC 35...50 HRC 51...62 закаленная Т15К6 Т30К4 ВК6 ВК8 ВК4 ВК6 ВК8 1,0 1,25 0,85 0,83 1,0 0,92 0,74 Серый и ковкий ВК8 ВК6 ВК4 ВК3 чугун 0,83 1,0 1,1 1,15 Таблица 16
Значения коэффициента Ср и показателей степени в формуле
главной составляющей силы резания Рz при торцовом фрезеровании
Материал
режущей части Коэффициент и показатели степени инструмента
Cр x y u w q
Обработка конструкционной углеродистой стали, sв = 750 МПа Твердый сплав 825 1,0 0,75 1,1 0,2 1,3 Быстрорежущая сталь 82,5 0,95 0,80 1,1 1,1 Обработка серого чугуна, НВ 190 Твердый сплав 54,5 0,9 0,74 1,0 1,0 Быстрорежущая сталь 50,0 0,9 0,72 1,14 1,14 Обработка ковкого чугуна, НВ 150 Твердый сплав 491 1,0 0,75 1,1 0,2 1,3 Быстрорежущая сталь 50 0,95 0,80 1,1 1,1 Обработка жаропрочной стали 12Х18Н9Т в состоянии поставки, НВ 141 Твердый сплав 218 0,92 0,78 1,0 1,15
Примечание.
1. Главнуюсоставляющую силы резания Рz при фрезеровании алюминиевых сплавов рассчитывать какдля стали, с введением коэффициента 0,25.
2. Главная составляющая силы резания Рz,рассчитанная по табличным данным, соответствует работе фрезой без затупления.При затуплении фрезы до допускаемой величины износа главная составляющая силырезания возрастает: при обработке мягкой стали (sв
Таблица 17
Поправочный коэффициент Кmр зависимости силы резания от качества обрабатываемого материала для обработки стали и чугуна,
Обрабатываемый
материал
Расчетная
формула
Показатель степени np
при определении
окружной силы резания
Конструкционная
углеродистая и
легированная сталь :
sв £ 600 МПа
sв > 600 МПа
Кmр = ( sв/750 )np
0,3 / 0,3
0,3 / 0,3 Серый чугун
Кmр = ( НВ/190 )np 1,0 / 0,55 Ковкий чугун
Кmр = ( НВ/150 )np 1,0 / 0,55
Примечание. В числителеприведены значения показателя степени np для
твердого сплава, в знаменателе - для быстрорежущей стали.Таблица 18
Поправочный коэффициент Кvр зависимости главной составляющей
силы резания от скорости резания
При скорости
V, м/мин 100 200 300 400 500 600 700
Кvр при положи-тельных значениях
передних углов 1,0 0,92 0,86 0,83 0,80 0,78 0,77
Кvр при отрица-тельных значениях
передних углов 1,0 0,87 0,80 0,77 0,73 0,71 0,70 Таблица 19
Поправочные коэффициенты Кgр и Кjрзависимости силы резания
от геометрических параметров фрезы
Передний угол,
g 0
-200
-150
-100
-50
00
+50
+100
+150
+200
Kgp 1,39 1,32 1,26 1,20 1,12 1,07 1,00 0,94 0,87
Угол в плане,
j 0
150
300
450
600
750
900
Kjp 1,24 1,15 1,06 1,00 1,04 1,08 Таблица 20
Паспортные данные вертикально-фрезерных станков
Станок Паспортные данные 6Р13
Рабочая поверхность стола - 400 х 1600 мм.
Мощность электродвигателя главного движения Nэ = 11 кВт. КПД станка h = 0,8.
Частота вращения шпинделя, мин-1 : 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.
Подачи стола продольные и поперечные (мм/мин): 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1050.
Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола, Р = 15000 Н. 6Р12
Рабочая поверхность стола - 520 х 1250 мм.
Мощность электродвигателя главного движения Nэ= 7,5 кВт.
КПД станка h = 0,7.
Частота вращения шпинделя, мин-1 : 31,5; 40; 50; 63; 80; 100;
125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.
Продольные подачи стола (мм/мин) : 25; 31,5; 40; 50; 63; 80;
100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250.
Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола, Р = 15000 Н. Станок Паспортные данные 6Р11
Рабочая поверхность стола - 250 х 1000 мм.
Мощность электродвигателя главного движения Nэ= 5,5 кВт. КПД станка h = 0,8.
Частота вращения шпинделя, мин : 50; 63; 80; 100; 125; 160;
200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.
Продольные подачи стола (мм/мин): 35; 45; 55; 65; 85; 115; 135; 170; 210; 270; 330; 400; 530; 690; 835; 1020.
Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола, Р = 10000 Н. 6Н13
Рабочая поверхность стола - 400 х 1600 мм.
Мощность электродвигателя главного движения Nэ =10 кВт. КПД станка h = 0,75.
Частота вращения шпинделя, мин-1 : 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500. Подачи стола (мм/мин) : 23; 30; 37; 47; 60; 75; 95; 110; 150; 190; 240; 300; 370; 470; 600; 750; 1200.
Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола, Р = 20000 Н. 6Н12
Рабочая поверхность стола - 320 х 1250 мм.
Мощность электродвигателя главного движения Nэ = 7 кВт.
КПД станка h = 0,75.
Частота вращения шпинделя, мин-1 : 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.
Подачи стола (мм/мин) : 19; 23,5; 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 900.
Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола, Р = 15000 Н. Таблица 21
Вспомогательное время на установку и снятие детали Масса детали, кг, до Способ установки 1 3 5 10 20 30 Время, мин В центрах 0,2 0,5 0,6 0,7 1,0 1,4 В трехкулачковом патроне 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 - В тисках с простой выверкой 0,3 0,6 0,7 0,8 1,0 -
В тисках с выверкой средней
сложности 0,4 0,9 1,2 1,5 2,0 - На призмах 0,6 1,0 1,3 1,5 2,1 2,4 На столе с простой выверкой 0,7 0,9 1,2 1,6 1,8 2,2
На столе с выверкой средней
сложности 1,0 1,2 1,5 1,8 2,2 3,0 Таблица 22
Вспомогательное время на рабочий ходОперации Время, мин
Обработка плоскостей (первый проход с двумя
пробными стружками) 1,0
Обработка плоскостей (первый проход с одной
пробной стружкой) 0,7 Обработка плоскостей (последующие проходы) 0,1 Таблица 24
Подготовительно-заключительное времяСпособ установки Время, мин На столе с креплением болтами и планками 24 В тисках 22 В центрах 28 В трехкулачковом патроне 16 В спецприспособлении 27 Таблица 23
Вспомогательное время на измерения
Измерительный
инструмент
Точность
измерения, мм;
квалитет Измеряемый размер, мм 100 500 1000 Время, мин Линейка - 0,06 0,09 0,11 Угольник - 0,10 0,24 - Штанга раздвижная - - 0,17 0,21 Штангенциркуль
0,1 мм
0,02 мм
0,13
0,25
0,20
0,35
0,44
0,66 Микрометр 0,1 мм 0,22 0,30 - Скоба двухсторонняя
11… 13
6… 10
0,07
0,16
-
-
-
- Скоба односторонняя
11… 13
6… 10
0,06
0,06
0,13
0,20
-
-
Нутромер
(микрометрический штихмасс) 0,01 мм 0,15 0,18 0,34
Пробка двухсторонняя
предельная
9… 10
6… 8
0,13
0,18
-
-
-
- Индикатор 6… 10 0,08 - - Таблица 25
ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ
обработанной поверхности
(Класс
шероховатости) Параметры шероховатости, мкм
Базовая
длина l, мкм
Ra
Rz
-
-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
-
100
80; 63; 50; 40
40; 32; 25; 20
20; 16; 12,5; 10
10; 8,0; 6,3; 5,0
5,0; 4,0; 3,2; 2,5
2,5; 2,0; 1,6; 1,25
1,25; 1,00; 0,80; 0,63
0,63; 0,50; 0,40; 0,32
0,32; 0,35; 0,20; 0,16
0,16; 0,125; 0,10; 0,08
0,08; 0,063; 0,05; 0,04
0,04; 0,032; 0,025; 0,020
0,02; 0,016; 0,012; 0,010
0,01; 0,008
1600;1250;1000;800
630; 500; 400
320; 250; 200; 160
160; 125; 100; 80
80; 63; 50; 40
40; 32; 25; 20
20; 16; 12,5; 10,0
10; 8; 6,3
6,3; 5,0; 4,0;3,2
3,2; 2,5; 2,0; 1,60
1,6; 1,25; 1,0; 0,80
0,80; 0,63; 0,50; 0,40
0,40; 0,32; 0,20
0,20; 0,16; 0,125; 0,100
0,10; 0,08; 0,063; 0,050
0,05; 0,04; 0,032; 0,025
25
25
8
8
8
2,5
2,5
0,8
0,8
0,8
0,025
0,025
0,025
0,025
0,08
0,08
Примечание : 1. Параметр Ra является предпочтительным
2. Предпочтительные значения параметров подчеркнутыТаблица 26
Варианты заданий по расчёту режима резания
при торцовом фрезеровании стали
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
предел
прочности
sв, МПа 1000 950 900 850 800 800 700 650 600 550 500 твердость, НВ 280 265 250 235 220 210 205 200 185 160 150
припуск на обработку,
h мм 2 3,2 3,5 4 4,5 5 5,5 6.5 7,5 8,5 9
Размеры
заготовки :
ширина В, мм
длина L, мм
70
500
80
550
90
600
70
600
80
650
90
700
90
650
100
700
120
800
130
700
140
800
шероховатость, Rа, мкм 3,2 1,6 0,8 0,4 3,2 1,6 0,8 0,4 3,2 1,6 0,8 Род заготовки прокат поковка отливка прокат Станок 6Р11 6Н12 6Н13 6Р12
Вариант
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
предел
прочности
sв, МПа 1000 950 900 850 800 700 700 650 600 550 500 твердость, НВ 280 265 250 235 220 210 205 185 185 160 150
припуск на обработку,
h мм 8 13 15 14 10 8 9 8 7,5 6,5 10
Размеры
заготовки :
ширина В, мм
длина L, мм
90
600
100
650
120
700
80
700
90
850
110
900
100
550
120
600
140
700
130
900
150
900
шероховатость, Rа, мкм 3,2 1,6 0,8 0,4 3,2 1,6 0,8 0,4 3,2 1,6 0,8 Род заготовки прокат поковка отливка прокат Станок 6Р13 6Н13 6Н12 6Р11
Баграмов Л.Г. Колокатов А.М.
РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ
Часть IТорцовое фрезерование.
Методические рекомендации
План 2000, п.
Подписало в печать "__"______2000 г. Объем п.л. Тираж 100 экз.
Формат Заказ Цена — на халяву — руб.
------------------------------------------------------------------------------------------
Ротапринт Московского государственного агроинженерного
университета имени В.П. Горячкина
12755О, Москва, И-55О, Тимирязевская ул., 58
Подрисуночные подписи
Рис. 1. Элементы движений в процессе резания при периферийном фрезеровании.
1 — направление скорости результирующего движения резания; 2 — направлениескорости главного движения резания; 3 — рабочая плоскость Рs; 4 — рассматриваемая точка режущей кромки; 5 — направление скорости движения подачи.
Рис. 2. Схема встречного и попутного фрезерования.
1 — обрабатываемая заготовка; 2 — стол станка; аmax — наибольшая толщина срезаемого слоя; Sz — подача на зуб фрезы; Рг,Рв — силы, действующие на заготовку; t — глубина резания.
Рис. 3. Геометрические элементы цилиндрической фрезы.
1 — передняя поверхность лезвия Аγ; 2 — главная режущаякромка К; 3 — вспомогательная режущая кромка К'; 4 — главная задняя поверхностьлезвия Аα; 5 — вспомогательная задняя поверхность лезвия А'α;6 — вершина лезвия; 7 — корпус фрезы; 8 — зуб фрезы; 9 — спинка зуба; 10 — фаска; D — диаметр, L — длина фрезы; γ, α — передний и задний углы вглавной секущей плоскости; γН — передний угол в нормальнойсекущей плоскости; ω — угол наклона зуба.
Рис. 4. Координатные плоскости в статической системе координат при периферийномфрезеровании.
Рvc — основная плоскость, Рnc — плоскость резания,Рτ — главная секущая плоскость, РН — нормальнаясекущая плоскость.
Рис. 5. Геометрические элементы торцовой фрезы.
φ, φп, φ1 — углы в плане главный,переходной режущей кромки и вспомогательный, DS — движение подачи, Sz — подача на зуб, t — глубина резания, а — толщина срезаемого слоя одним зубом,f — величина переходной режущей кромки.
1.3.Схемы фрезерования и обрабатываемые поверхности.
Рис. 6. Схема обработкиповерхностей заготовок на горизонтально и вертикально-фрезерных станках.
Рис. 7. Углы торцовойфрезы со вставными зубьями.
Рис. 8. Схемы торцовогофрезерования.
а — симметричноенеполное; б — несимметричное встречное; в — несимметричное попутное.
Рис. 9. Элементы режимарезания при фрезеровании.
1 — заготовка, 2 — фрезацилиндрическая, 3 — фреза торцовая, t — глубина резания, DSпр — движение продольной подачи, Dr — главное движение резания, B — ширинафрезерования.