Расчет режимов резания при фрезеровании (Методические рекомендации)

p> Черновая обработка приводит к большим вибрациям и неравномерным и знакопеременным нагрузкам, это, в свою очередь, приводит к быстрому износу станка и потере точности обработки.

Черновая обработка приводит к образованию большого количества стружки, а также абразивной пыли, что требует специальных мер по уборке отходов. Как правило, станки для черновой обработки находятся обособленно от станков, выполняющих окончательную - чистовую и тонкую.

Подача при фрезеровании - это отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой заготовки в направлении движения подачи, к числу оборотов фрезы или к части оборота фрезы, соответствующей угловому шагу зубьев.

Таким образом, при фрезеровании рассматривается подача на оборот
So(мм/об) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее одному обороту фрезы, и подача на зуб Sz(мм/зуб) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее повороту фрезы на один угловой шаг зубьев.

Помимо этого рассматривается также скорость движения подачи vs (ранее определялась как минутная подача и в старой литературе и на некоторых станках такой термин ещё применяется), измеряемая в мм/мин. Скорость движения подачи - это расстояние, пройденное рассматриваемой точкой заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи за минуту. Эта величина используется на станках для наладки на необходимый режим, поскольку у фрезерных станков движение подачи и главное движение резания кинематически не связаны между собой.

Применение соотношения скоростей подачи и резания помогает правильно определить величины So и Sz. Используя зависимости: So = Sz ? z, vs = So ? n где z - число зубьев фрезы, n - число оборотов фрезы (об/мин) определим vs = So ? n = Sz ? z ? n.

Исходной величиной при черновом фрезеровании является подача на один зуб Sz, так как она определяет жёсткость зуба фрезы. Подачу при черновой обработке выбирают максимально возможной. Ее величина может быть ограничена прочностью механизма подачи станка, прочностью зуба фрезы, жесткостью системы СПИД, прочностью и жесткостью оправки и по другим соображениям. При чистовом фрезеровании определяющей является подача на один оборот фрезы So, которая влияет на величину шероховатости обработанной поверхности.

Рекомендуемые подачи для различных 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 к направлению движения подачи - при торцовом фрезеровании. Ширина фрезерования определяется наименьшей из двух величин: ширины обрабатываемой заготовки и длины или диаметра фрезы.

Скорость резания при фрезеровании 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 оборотов фрезы (мм/об).

Допустимая (расчётная) скорость резания определяется по эмпирической формуле где Cv - коэффициент, характеризующий материал заготовки и фрезы;

T - стойкость фрезы (мин); t - глубина резания (мм);

Sz - подача на зуб (мм/зуб);

B - ширина фрезерования (мм);

Z - число зубьев фрезы; q, m, x, y, u, p - показатели степени; kv - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Величины Cv q, m, x, y, u, p приведены в табл.11.

Средние значения периода стойкости торцовых фрез при диаметре фрезы следующие

Таблица 2.2.4. - 1
|Диаметр фрезы (мм) |40...50 |65...125 |160...200|250...315|400...650|
|Стойкость (мин) |120 |180 |240 |300 |800 |

Общий поправочный коэффициент Kv. Всякая эмпирическая формула определяется при постоянстве некоторых факторов. В данном случае этими факторами являются физико - механические сойства заготовки и материала режущей части инструмента, геометрические параметры 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, отдельных параметров /5/ :

Kv = K(v ( Kпv ( Kиv ( K(v,

K(v - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала, таблицы 12, 13;

Kпv - коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки, таблица 14;

Kиv - коэффициент, учитывающий инструментальный материал, таблица 15;

K(v - коэффициент, учитывающий величину ( - главного угла в плане,

Таблица 2.2.4. - 2

|( |150 |300 |450 |600 |750 |900 |
|K(v |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 оборотов фрезы, мин-1; D - диаметр фрезы, мм.

По паспорту станка выбирают такую ступень скорости, при которой число оборотов фрезы будет равно расчётному или меньше его, т.е. nф ( n, где nф - фактическое число оборотов фрезы, которое должно быть установлено на станке. Допускается применение такой ступени скорости, при которой увеличение фактического числа оборотов по отношению к расчетному будет не более 5%. По выбранному числу оборотов шпинделя станка уточняют фактическую скорость резания и определяют скорость движения подачи (минутную подачу): vS(Sм) = Sz ( z ( nф = Sо ( nф (мм/мин.)

Затем по паспорту станка выбирают наиболее подходящее значение - ближайшее меньшие или равное расчётной величине.

2.5. Проверка выбранного режима резания

Выбранный режим резания проверяют по использованию мощности на шпинделе станка и по усилию, необходимому для осуществления движения подачи.

Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощности на шпинделе:

Nр ( Nшп , где Nр - эффективная мощность резания, кВт;

Nшп - допустимая мощность на шпинделе, определяемая по мощности привода, кВт.

Приводом станка является совокупность механизмов от источника движения до рабочего органа. Приводом главного движения резания является совокупность механизмов от электродвигателя до шпинделя станка, а его мощность определится исходя из мощности электродвигателя и потерь в механизмах.

Мощность на шпинделе определится по формуле

Nшп = Nэ ( ( , где Nэ - мощность электродвигателя привода главного движения резания, кВт, ( - КПД механизмов привода станка, ( = 0,7 ... 0,8.

Мощность резания при фрезеровании определяется по формуле где Мкр - крутящий момент на шпинделе, Нм, n - число оборотов фрезы, 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 фрезеровании определяется по формуле где Cp - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие условия;

Kp - общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение коэффициентов, отражающих состояние отдельных параметров, влияющих на величину силы резания,

Kр = K(р ( Kvр ( K(р ( K(v,

- K(р - коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой заготовки (табл.17);

- Kvр - коэффициент, учитывающий скорость резания (табл.18);

- K(р - коэффициент, учитывающий величину переднего угла ( (табл.19) ;

- K(р - коэффициент, учитывающий величину угла в плане ( (табл.19).

Значения коэффициента Ср и показателей степеней x , y, u, q, w приведены в табл.16.

Величина радиальной составляющей силы резания Рy может быть определена по соотношению Рy ? 0,4 Рz.

Если условие Nр ( Nшп не выдерживается, то необходимо уменьшить скорость резания или изменить другие параметры резания.

При фрезеровании имеет большое значение представление силы резания по вертикальной Pв и горизонтальной Рг составляющим. Горизонтальная составляющая силы резания Рг представляет собой силу, которую необходимо приложить для обеспечения движения подачи, она должна быть меньше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка:

Рг ( Рдоп, Н. где Рдоп - наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи станка (Н), берется из паспортных данных станка (табл.20).

Горизонтальная составляющая силы резания определяется из приведённых ниже соотношений 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 ( Рдоп не выдерживается, необходимо уменьшить силу резания Рz за счет уменьшения подачи на зуб Sz и, соответственно, скорости движения подачи vS (минутной подачи Sм).

2.6. Расчёт времени выполнения операции и использования оборудования

Штучное время Тшт - время, затрачиваемое на выполнение операции, определяется как интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий и рассчитывается 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 обеспечения непосредственного воздействия на заготовку.

Тобс - время обслуживания рабочего места, это часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом.
Время обслуживания рабочего места складывается из времени организационного обслуживания (осмотр и опробование станка, раскладка и уборка инструмента, смазка и очистка станка) 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 штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых;

2.6.1. Основное время

Основное время при фрезеровании равно отношению длины пути, пройденного фрезой, за число рабочих ходов к скорости движения подачи, и определяется по формуле 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 фрезами определяется из условий:

- при симметричном неполном (для случая на рис.2а):

- при несимметричном встречном (для случая на рис.2б):

- при несимметричном 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 рабочего хода (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 часто берут 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 работ в конкретных производственных условиях одним или несколькими рабочими, необходимо определить штучно - калькуляционное время Тшк, в которое входит, помимо штучного времени, ещё и время на подготовку рабочих и средств производства к выполнению технологической операции и приведение их в первоначальное состояние после её окончания - подготовительно - заключительное время Тпз. Это время необходимо для получения задания, приспособлений, оснастки, инструмента, установки их, для наладки станка на выполнение операции, снятие всех средств оснащения и сдачи их (табл.24). В штучно - калькуляционное время подготовительно - заключительное время входит как доля его, приходящаяся на одну заготовку. Чем большее число заготовок n обрабатывается с одной наладки станка (с одного установа, в одной операции) тем меньшая часть подготовительно - заключительного времени входит в состав штучно - калькуляционного.

В массовом производстве Тпз принимается равным нулю, так как практически вся работа выполняется при одной наладке станка.

2.6.6. Расчёт потребности в оборудовании.

Расчетное количество станков (Z) для выполнения определенной операции рассчитывается по формуле где Тшт - штучное время, мин; П - программа выполнения деталей в смену, шт.;

Тсм - время работы станка в смену, ч. В расчётах принимается время работы станка в смену Тсм = 8 часов, в реальных условиях на каждом предприятии это время может приниматься иным.

2.6.7. Технико-экономическая эффективность.

Оценку технико-экономической эффективности технологической операции проводят по ряду коэффициентов, в числе которых: коэффициент основного времени и коэффициент использования станка по мощности /7, 8, 9/.

Коэффициент основного времени Ко определяет его долю в общем времени, 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 не простаивает, т.е. в этом случае уменьшается доля вспомогательного времени.

Ориентировочно величина коэффициента Kо для разных станков находится 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 необходимо разработать мероприятия по уменьшению вспомогательного времени (применение быстродействующих приспособлений, автоматизация измерений детали, совмещение основного и вспомогательного времени и др.).

Коэффициент использования станка по мощности КN определяется как

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; ( - КПД станка.

Чем KN ближе к 1, тем более полно используется мощность станка.

При неполной загрузке станка ухудшается показатель использования электроэнергии. Полная электрическая мощность, потребляемая из сети, S распределяется на активную P и реактивную Q. Их соотношения определяются как

При полной загрузке электродвигателя значение cos? не будет равно 1, т.е. при этом из сети расходуется также и реактивная энергия. С учётом используемых электродвигателей примерные значения cos? будут следующими: при загрузке 100% cos?=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
(моделей 6Р13, 6Н13, 6Р12, 6Н12, 6Р11), если мощность потребная на резание составляет Nрез=3,2 кВт.

| |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 ? |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 |Кэф |0,585|0,635|0,718|0,708|0,740|
| |потребляемой электр. мощности| | | | | | |
| | | | | | | | |
| |Излишне использованная |N из |3,831|3,276|2,141|2,042|1,511|
| |мощность из электросети | | | | | | |
| | | | | | | | |
| |Неоправданные затраты |Nнеоп |2,320|1,766|0,630|0,531|0,000|
| |электрической мощности | | | | | | |
| | | | | | | | |

Из приведённого примера видно, что неправильный выбор станка приводит к таким перерасходам электроэнергии, которые могут быть сопоставлены с мощностью резания.

В целях погашения излишне используемой реактивной мощности, за которую предприятия платят значительные штрафы, необходимо создавать специальные устройства для её погашения емкостной мощностью.

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

3.1. Условия задачи.

3.1.1 Исходные данные.

Исходными данными для расчёта режима резания являются: материал заготовки - поковка из стали 20Х; предел прочности материала заготовки - (в = 800 МПа (80 кг/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, подача S, скорость резания v; провести проверку выбранного режима резания по мощности привода и прочности 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 и оборудования.

Исходя из общего припуска на обработку h = 6 мм и требований к шероховатости поверхности, фрезерование ведем в два перехода: черновой и чистовой. По таблице 1 определяем тип фрезы - выбираем торцовую фрезу с многогранными твердосплавными 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 фрезерования углеродистой и легированной незакалённой стали - Т5К10, для чистового фрезерования - Т15К6.

Геометрические параметры фрезы выбираем по таблицам 6 и 7 для фрез с пластинами из твёрдого сплава (табл. 6) при обработке стали конструкционной углеродистой с ?в ? 800 МПа и подачей для чернового фрезерования > 0,25 мм/зуб: ( = -50; ( = 80; ( = 450; (о = 22,50; (1 = 50; ( = 140; для чистового фрезерования с подачей < 0,25 мм/зуб: ( = -50; ( = 150; ( = 600;
(о = 300; (1 = 50; ( = 140.

Черновое фрезерование производим по схеме - несимметричное встречное
(Рис. 8.б), чистовое - несимметричное попутное (Рис. 8.в).

Предварительно принимаем проведение работ на вертикально - фрезерном станке 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 выделяется та 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 принимаем число рабочих ходов при черновом фрезеровании i1 = 1. Тогда глубина резания 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 торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава (табл. 8) с мощностью станка
> 10 кВт при несимметричном встречном фрезеровании для пластинки Т5К10 подача на зуб находится в пределах Sz1 = 0,32…0,40 мм/зуб. Принимаем меньшую величину 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 торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава (часть Б) с материалом, имеющим ?в ?
700 МПа с шероховатостью обработанной поверхности Ra = 0,8 мкм с углом (1 =
50 подача на оборот фрезы находится в пределах Sо2 = 0,30…0,20 мм/об.
Принимаем большую 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:

Значения коэффициента Cv и показателей степени определяем по таблице
11. Для чернового и чистового фрезерования конструкционной углеродистой стали с ?в ? 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 = K(v ( Kпv ( Kиv ( K(v

К(( находим по таблице 12 для обработки стали. Расчётная формула К(( =
Кг ( (750/(в)nv. По таблице 13 находим для обработки стали углеродистой с
?в > 550 МПа для материала инструмента из твёрдого сплава Кг = 1, nv = 1.
Тогда К((1,2 = 1 ( (750/800)1,0 = 0,938.

K(v находим по таблице 2.2.4. - 2 для чернового фрезерования при ( =
45о K(v1 = 1,1; для чистового фрезерования при ( = 60о K(v2 = 1,0.

Kпv находим по таблице 14 для обработки при черновом фрезеровании - поковки Kпv1 = 0,8, при чистовом фрезеровании - без корки Kпv2 = 1.

Kиv находим по таблице 15 для обработки стали конструкционной фрезой с пластинками из твёрдого сплава Т5К10 при черновом фрезеровании Kиv1 = 0,65, с пластинками из твёрдого сплава Т15К6 при чистовом фрезеровании Kиv2 = 1.

Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен

Страницы: 1, 2, 3