Методичка - Расчет режимов резания при механической обработке - файл n1.doc

приобрести
Методичка - Расчет режимов резания при механической обработке
скачать (264.8 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc817kb.18.12.2007 18:33скачать

n1.doc



Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет



Расчет режимов резания

при механической обработке
Методические указания

к курсовой работе по дисциплине

«Физические основы рабочих процессов»

для специальности «Мехатроника»

Уфа 2007



Содержание




Введение………………………………………………………….

1. Порядок назначения режимов резания при точении……….

1.1 Табличный метод…………………………………………

1.2 Аналитический расчет наивыгоднейших режимов токарнойобработки …………………………………………..

1.3 Алгоритм решения типового задания при точении…….

1.4 Пример решения типового задания……………………..

2. Назначение режимов резания при сверлении………………

3. Назначение режимов резания при фрезеровании…………..

3.1 Алгоритм решения типового задания……………………

3.2 Пример решения типового задания………………………

Литература……………………………………………………….

Приложение………………………………………………………

Введение
Под наивыгоднейшими режимами резания понимают такое сочетание глубины резания , подачи и скорости резания , при которых в данных условиях производства обеспечивается максимальная производительность обработки.

Наивыгоднейшие условия резания рассчитываются:

1) табличным методом;

2) аналитически.
1. Порядок назначения режимов резания при точении
1.1 Табличный метод
1. Выбирается марка инструментального материала и геометрические параметры режущей части инструмента.

2. Выбирается глубина резания. Причем необходимо стремиться снять весь припуск за один проход и лишь при повышенных требованиях к шероховатости и точности припуск снимается за два и более проходов [1].

Например, при черновой обработке с шероховатостью поверхности до весь припуск следует снимать за один проход, т.е. . При получистовой обработке от 10 до 40 , припуск следует снимать за один проход, т.е. . Если же припуск более 2 , то обработку производят за два прохода.

3. Назначается подача.

При черновой обработке подача назначается с учетом следующих факторов: размеров державки резца, диаметра детали, глубины резания и марки обрабатываемого материала.

Для чистовой (и получистовой) обработки подача выбирается в зависимости от при вершине резца, резания и обрабатываемого материала, из всех подач выбирается минимальная подача , которая корректируется по станку.

4. Выбирается скорость резания по таблицам, подсчитываются обороты и корректируются по станку.

5. Проверяется выбранный режим резания по прочности механизма подачи станка и по прочности пластинки твердого сплава. При этом должно выполнятся неравенство.

6. Проверяется выбранный режим резания по мощности или двойному крутящему моменту , причем .

7. Подсчитывается

, . (1)
1.2 Аналитический расчет наивыгоднейших режимов токарной обработки

1) Выбор марки инструментального материала, геометрических параметров режущей части инструмента и глубины резания, производится так же как и при назначении режимов резания табличным методом.

2) Далее производится выбор подачи из следующих ограничивающих факторов:

2.1 прочности механизма подачи станка;

2.2 шероховатости обработанной поверхности;

2.3 прочности пластины твердого сплава;

2.4 жесткости детали с учетом способа крепления;

2.5 прочности державки резца;

2.6 жесткости державки резца.
2.1 По величине шероховатости обработанной поверхности подача выбирается табличным способом ().

2.2 По прочности пластины твердого сплава – табличным способом ().

2.3 По прочности механизма подачи станка ().

– задано (величина предельно допустимой силы ).

, ()отсюда

. (2)

2.4 По жесткости детали с учетом способа крепления:

а) если деталь закреплена в патроне



, часто , тогда

Допустимая стрела прогиба принимается равной

  1. при черновой обработке ;

  2. при получистовой обработке ;

  3. при чистовой обработке , где допуск на .

С другой стороны сила

, (3)

где – модуль упругости материала детали;

- момент инерции; , для круглого сечения.

Итак, , отсюда

; (4)

б) если деталь закреплена в патроне и поджата задним центром, то ;

в) если деталь закреплена в центрах, то .

2.5 По прочности державки резца:



Резец можно считать балкой, защемленной одним концом и нагруженной на другом тремя силами: , , создающими сложное напряженно-деформирован-ное состояние в державке резца. Однако, как показывает анализ, с достаточной для практики точностью прочность резца может быть рассчитана по силе .


Итак, , а , где

- момент сопротивления;

– допускаемое напряжение на изгиб.

Для прямоугольного сечения

; (5)

где В и H толщина и высота державки резца соответствнно;

для круглого сечения

; (6)

; , откуда

(7)
2.6 По жесткости державки резца:




Под действием сил резания державка резца деформируется и в результате отклонения вершины резца от первоначального положения возникают погрешности.


Стрелка прогиба при черновом точении равна 0,1 мм, при получистовом и чистовом точении =0,03…0,05 мм; момент инерции для круглого сечения , для квадратного .

Отсюда

, (8)

где – модуль упругости материала державки резца.

Самую малую из этих шести подач называют максимальной технологически допустимой, обозначают и принимают для дальнейших расчетов.
3. Назначается период стойкости или табличным методом [2] или рассчитывается , ТМП

Переменная доля себестоимости операции, зависящая от скорости резания определяется формулой.

,

где - машинное время на операцию, ;

– минутная зарплата рабочего с начислениями, ;

– затраты связанные с эксплуатацией станка в течение 1 минуты; ;

- стоимость станкоминуты; ;

– время на смену затупившегося инструмента и его подналадку за период стойкости, мин;

– стоимость эксплуатации инструмента за период стойкости, ;

- количество обрабатываемых деталей за период стойкости, .

Для отыскания экономического периода стойкости , соответствующего минимуму , находим первую производную и приравниваем к нулю:

.

Тогда , (9)
Для обеспечения максимальной производительности труда на данном рабочем месте обработку необходимо вести на . При определении периода стойкости , соответствующего скорости , пренебрегают затратами на эксплуатацию инструмента за период его стойкости, т. е. Принимают =0.

тогда,

. (10)

Так как ТМПЭ, то скорость резания ., при которой достигается максимальная производительность труда на данном рабочем месте, выше экономической скорости резания, т.е. .
4. Далее производится выбор скорости резания .
Скорость резания ограничивает или материал резца, или мощность станка.

4.1. Скорость резания из условия полного использования режущих свойств инструмента.

, (11)

, (12)

приравняв (11) и (12) можно определить :

, (13)

Для станков со ступенчатым рядом оборотов может находиться между какими-то соседними числами оборотов и . Так что число оборотов корректируется по станку, а чтобы стойкость резца сохранялась неизменной, производится коррекция подачи.

Скорость резания исходя из мощности станка:

Мощность резания

, (14)

Мощность электродвигателя

, отсюда (15)

, , (16)

где - КПД станка.

Наименьшую из этих скоростей и назначают. Затем подача и скорость корректируются по станку. Определяется одновременная:

, (17)

где – учитывает перегрузки станка.

Когда – ограничение идет со стороны станка,

- ограничение идет со стороны резца.

Затем подсчитывается машинное время:

, (18)

где , - величина врезания,

,

длина обрабатываемой поверхности.
4.2. Выбор скорости резания из условия полного использования режущих свойств резца

По формуле Тейлора для определенного периода стойкости

,

;

приравняв эти два выражения получим:

; (19)

Для любой заданной подачи мы можем определить , при котором полностью используются режущие свойства резца.

4.3. Определение или исходя из использования мощности станка

Мощность станка с учетом КПД () и перегрузки :

, где , ;

Причем, ; , тогда

, отсюда



Рис.1. К определению Sодновр.

(20)

(21)

По уравнениям (20) и (21) можно определить подачу при полном использовании мощности станка.

Построив график, используя зависимости ; , находится Sодновр (Рис.1.). Sодновр- это такая подача, при которой полностью используются режущие свойства инструмента и мощность станка. Для заданного станка и резца могут быть выбраны любые сочетания и в заштрихованной зоне. За пределами этой зоны или станок не потянет или сгорит резец.

Для определения Sодновр используются следующие выкладки:

, отсюда . (22)

При этом могут иметь лишь два случая:

  1. когда – то ограничение идет со стороны станка;

  2. когда – то ограничение идет со стороны резца.

Выбирается подача S0 или Sодновр, при которой обеспечивается большая минутная подача. Обороты n шпинделя для каждой из этих подач рассчитываются по формуле (11).

После выбора подачи и скорости резания подсчитывается машинное время:

, ; где ; (23)

– величина врезания

величина перебега инструмента .

– длина обрабатываемой поверхности в мм.


1.3. Алгоритм решения типового задания при точении

1. Блок исходных данных.

2. Выбор марки инструментального материала.

По нормативам [2, 3], в порядке предпочтительности.

3. Назначение конструкции и геометрии инструмента.

4. Выбор глубины резания t и числа проходов i.

5. Выбор подачи инструмента S, S0, с расчетом ограничений по формулам (1-8)

6. Расчет периода стойкости ТЭ или TМП .

7. Расчет скорости резания VЭ и VМП максимальной производительности

VЭ=, V=,

x, y, k– по справочным данным [1,3] при выбранных СОЖ

8. Расчет ограничений по силе резания Pz, Px, Py







9.Расчет мощности резания

N=

10. Расчет машинного времени.


1.4. Решение типового задания
Задание:

Провести оптимизацию режимов резания в целях достижения наибольшей производительности обработки.

Исходные задания:

  1. Тип производства – мелкосерийное

  2. Материал детали – 12Х18Н9Т.

  3. Наружные поверхности обрабатывать одним резцом.

  4. Тип лезвийной обработкиполучистовая (Rz 40)

  5. Содержание операции: точить наружные 88h7 и 80h7, подрезать торцы, обеспечив длинновые размеры 90h9 и 65h12, обеспечив шероховатость Rz 40.

  6. Закрепление заготовки – в патроне.

Решение.

1. Выбор марки инструментального материала и геометрии режущей части инструмента.

Сталь 12Х18Н9Т относится к группе коррозионно-стойких хромоникелевых сталей, для получистового и чистового точения которых рекомендуются твердые сплавы ВК8(ВК4) [1,табл.3.стр.117]. Принимаем сплав ВК8.

Исходя из конфигурации детали, необходимости подрезки торца, обработки цилиндрических и конической поверхности одним резцом, выбираем подрезной левый резец (ГОСТ 18871-73) со следующей геометрией режущей части: .

2. Выбор глубины резания t и числа проходов.

Для нормирования выбираем окончательный проход с максимальной глубиной резания (для обеспечения максимальной производительности) t=2мм, предельной для обработки с 20 Rz 80.

3. Выбор подачи инструмента

Для чистовой обработки подачу S принимаем в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обрабатываемой поверхности с учетом радиуса при вершине резца [1, табл.14.стр. 268] при Rz = 40, rb= 0,5 мм,

b = 550 МПа, .

Для стандартного ряда подач принимаем S = 0,15мм/об.

4. Расчет периода стойкости инструмента из обеспечения максимальной производительности обработки, используя в качестве критерия трудоемкости норму штучно-калькуляционного времени

tшт-к=tштп.з / N,

где tшт - норма штучного времени, мин.

Тп.з - подготовительно-заключительное время, мин.

N – количество заготовок в партии, шт.

При оптимизации по tшт-к в качестве переменной целевой функции принимаем скорость резания v.

Условие экстремума , где T – период стойкости инструмента.

При этом решение для периода стойкости TМП максимальной производительности определяется в виде

,

где m – показатель степени в зависимости m=0,25 [3]

[1, стр.261].

- время на смену затупившегося инструмента и поднастройку его на размер за период стойкости (нормативная величина) = 1,6мин. [2.прил.2]

мин.

При выборе экономического критерия в расчете периода стойкости можно использовать значения е =25 руб., Е=1,84 руб. для тарифной ставки 4-го разряда [2].

5. Расчет скорости резания из условия обеспечения максимальной производительности обработки проводят по формуле:



Cv=580 m=0,25 x=0,15 y=0,2

Ki=0,70,90,94=0,59 [1,табл.18 стр.271]

Охлаждение 10% эмульсией из эмульсола Укр или МР- 6

м/мин

6. Уточнение скорости резания по ряду чисел оборотов шпинделя.

м/мин

Применяем hшп=1200об/мин [для станков типа 16К20Ф3]

VМП=м/мин

7. Рассчитываем ограничения по силе резания

7.1. Составляющая

Сp=204 xp=1 yp=0,75 np=0 (при v = vМП) [1, табл.22 стр.275]

поправочный коэффициент kPz


PZ=20410210,150,750,614=604 н.

7.2. Составляющая

PY=1024320,90,150,603320550/7500,750,5110,66=379 н

7.3. Составляющая

PX=10339210,150,53320550/7500,751,17111=243 н

  1. Ограничение по мощности резания

кВт. < Nстанка=10 кВт.


2. Назначение режима резания при сверлении.
Назначение элементов режима резания при сверлении и рассверливании для конкретных условий обработки сводится к определению подачи и скорости, при которых процесс резания будет наиболее производительным и экономичным.

Порядок назначения заключается в следующем:

1) Устанавливают характеристику сверла (материал, тип сверла, размеры, геометрию) в зависимости от обрабатываемого материала.

2) Выбирают подачу в зависимости от технологических и механических качеств и прочности сверла. Подача по нормативным данным выбирается по таблицам [1-3] в зависимости от диаметра сверла, глубины сверления, шероховатости обработанной поверхности, точности и прочности сверла, свойств обрабатываемого материала.

3. По известным , и принятому периоду стойкости сверла определяют скорость резания и число оборотов. Скорость резания при сверлении, так же как и при точении, зависит от целого ряда факторов и может быть выражена формулой

, (24)

где – постоянная для определенной группы обрабатываемого материала;

– коэффициенты, учитывающие влияние свойств обрабатываемого и инструментального материала, геометрию инструмента, его износ, применяемые СОТС и др.

4. Определяют значения , и .

, Нм; (25)

, Н. (26)
Величина коэффициентов и зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрии сверла, СОТС и других параметров резания. Значения коэффициентов и и показателей степени , , , приводятся в соответствующей справочной литературе [1-3]..

Действующие на сверло в процессе работы осевая сила и крутящий момент являются исходными для расчета сверла и частей станка на прочность и деформацию, а также для определения мощности.

Мощность, затрачиваемую на сверление, подсчитывают по формуле

, кВт, (27)

где – число оборотов сверла;

- суммарный крутящий момент.

Мощность электродвигателя станка определяется по формуле

, (28)

где – КПД станка.

Если установление режима производится независимо от станка, то по найденным значениям , , , , выбирается модель станка.

Если режим резания устанавливается для заданного станка, то значения s, n, P0, Мкр и Nэ корректируются по паспорту станка.

Машинное время при сверлении и рассверливании подсчитывается по формуле

, , (29)

где L – длина прохода сверла в направлении подачи, ;

,

где – глубина сверления, ;

- величина врезания, ;

– величина перебега, .

Приближенно для сверл с одинарным углом в плане 2? принимается .
3. Назначение режима резания при фрезеровании
Режим резания устанавливается в такой последовательности:

1. Выбирают характеристику фрезы (тип, материал, геометрию, размеры);

2. Определяют глубину резания в зависимости от припуска (выбирают так же, как и при точении);

3. Определяют подачу на зуб, исходя из заданной шероховатости, точности обрабатываемого материала (чем больше твердость, тем меньше подача), прочности режущей части фрезы, стойкости фрезы, прочности и жесткости оправки, жесткости технологической системы, мощности станка, прочности механизма подачи станка, биения зубьев фрезы [1-3].

4. Определяют минутную подачу в зависимости от вида фрезерования, диаметра и числа зубьев фрезы, глубины резания (или глубины срезаемого слоя при торцевом фрезеровании), подачи на зуб и принятого периода стойкости [1-3].

5. По установленной минутной подаче находят число оборотов фрезы и скорость резания.

Общая структурная формула, скорости резания при фрезеровании имеет вид

(30)

где, – коэффициент, характеризующий условия обработки (обрабатываемый материал, материал режущей фрезы, охлаждение);

– коэффициент, учитывающий влияние качества инструментального материала;

– коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

– коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане;

– коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя обрабатываемой заготовки (окалина, корка и т.д.);

– коэффициент, учитывающий влияние износа;

– коэффициент, учитывающий влияние СОТС;

6. Подсчитывают значения сил резания, крутящих моментов и мощность резания.

По данным , , , , и габаритам обработанной детали выбирают модель станка. Выбранные и корректируют по станку и подсчитывают действительную скорость резания и . Прочность механизма подачи станка проверяют по (горизонтальной силе). Машинное время определяют по формуле

; (31)

где – общая длина прохода фрезы в направлении подачи;

– длина обработанной поверхности, ;

– перебег фрезы (1–5 );

– путь врезания фрезы;

– минутная подача, ;

– подача на зуб фрезы, ;

– число зубьев фрезы;

– число оборотов фрезы в минуту.
Путь врезания определяется:

- при обработке плоскости цилиндрической фрезой

,; (32)

- при обработке торцовой фрезой (симметричное фрезерование)
, ; (33)
- при обработке торцовой фрезой (несимметричное фрезерование)
,. (34)


3.1. Алгоритм решения типового задания

1. Блок исходных данных.

2. Выбор марки инструментального материала.

По нормативам [1, 3], в порядке предпочтительности.

3. Назначение конструкции и геометрии инструмента.

4. Выбор глубины резания t и числа проходов i.

5. Выбор подачи Sоб

6. Расчет оптимальной скорости резания vО

vo=f(Dфр, t, Sz, B, z) по [2,3]

vо=

7. Расчет ограничений по силе резания

, по [1]

Ph=1,1 Pz Py= 0,5 Pz
8.Расчет ограничения по мощности резания

Nmax= [квт]
3.2. Пример решения типового задания
Задание:

Провести оптимизацию режимов резания в целях достижения наибольшей размерной стойкости инструментов.

Исходные задания:

  1. Тип производства – мелкосерийное

  2. Материал детали – ст. 45.

  3. Наружные поверхности шириной 23 мм.

  4. Тип лезвийной обработкиполучистовая и чистовая (Rа 3,2) за одну установку.

  5. Содержание операции: фрезеровать прямолинейную и радиусную часть детали, выдерживая размеры 20-0,033, 105, R 20, 40, обеспечив шероховатость Ra 3,2 для размера 20-0,033 и Rz=20 для R 20.

  6. Закрепление заготовки – в тисках.

Решение.

  1. Выбор марки инструментального материала, типа фрезы, ее конструктивных и геометрических параметров.

Для углеродистой стали 45 для получистового и чистового фрезерования выбираем в качестве материала инструмента Т30К4 [1,табл.3.стр.117].

Тип фрезы: концевая с коническим хвостовиком, оснащенная прямыми пластинами из твердого сплава (по ТУ 2-035-591-77).

Диаметр фрезы D=40мм.

Длина фрезы L=150мм.

Длина рабочей части l=25мм.

Число зубьев z = 6.

Конус Морзе 4.

.

2. Выбор глубины резания, ширины фрезерования и количества проходов.

Если заготовка-штамповка (брусок прямоугольный), то максимальный припуск на прямолинейном участке прохода z = 0,5 мм, принимаем t=0,5мм; максимальный припуск на радиусной части

20,5/cos 45-20 = 20,5/0,707-20 = 8,99 = 9 мм.

Допустимая величина получистового фрезерования – до 12 мм [1, табл.36. стр.285], принимаем для этого случая tmax=9мм; tmin=0,5мм.

Ширина фрезерования В=23мм.

3. Выбор подачи инструмента.

Для условий чистового фрезерования концевыми фрезами при обеспечении шероховатости Ra  1,6мкм, в зависимости от диаметра фрезы назначаем [1,табл.36.стр.235].

4. Определение оптимальной скорости фрезерования из условия максимальной размерной стойкости фрезы.

Расчет может вестись по двум вариантам.

4.1. По данным [3]

,

где Cv=76,5 – постоянная [3,табл.27.стр.145];

y=0,77 – показатель степени [3,табл.27.стр.145].

а – толщина срезаемого слоя: мм/зуб.

м/мин.

4.2. Табличным методом, используя зависимость



Принимая Тmax= 120 мин [1,табл.40.стр.290], Cv=234;

q= 0,44; x= 0,24; y= 0,26; u= 0,1; p=0,13; m= 0,37

,

где - поправочный коэффициент;

v0=2371,4= 332 м/мин.

Частота вращения фрезы

об/мин.

  1. Ограничение по температуре резания

опт= 1000 0 С – постоянная оптимальная температура для любых сочетаний v, S, t, B и износа инструмента [3].

  1. О
    6.1
    граничения по силе резания [1].

н.

    1. Ph =1.1 Pz= 3124 н – сила подачи

    2. Py =0.5 Pz= 1420 н – радиальная составляющая.

  1. Ограничение по мощности резания

кВт.

Список литературы





  1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985. 656 с.

  2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985. 656 с.

  3. Режимы лезвийной обработки деталей ГТД6 Учеб. пособие / В.Ц. Зориктуев, В.В. Постнов, Л.Ш. Шустер и др. Уфа: УАИ, 1991. 80 с.



ПРИЛОЖЕНИЕ



А.Г. Косилова Т.2

Общая таблица

1) Табл. 3 стр. 116-118.
К разделу 1

2) Табл. 13, 14 стр. 268

  1. Табл. 17, стр. 269-270

Табл. 18 стр 271

  1. Табл 22 стр. 273-274.

  2. Табл. 23 стр.275


К разделу 2

  1. Табл. 25 стр 277

  2. Табл. 28 стр. 278

  3. Табл. 29 стр. 279

  4. Табл. 30 стр. 279-290

Табл. 31

10) Табл. 32 стр. 281
К разделу 3

11) Табл. 33 стр 283

12) Табл. 36 стр 285

Табл. 37

13) Табл. 39 стр 286-288

14) Табл. 40 стр 290

Табл. 41 стр 291




Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации