При обработке металлов на токарных станках»

                                                             Разработали: Л.Р. Савельев

                                                                                         В.Н. Крючков

Ижевск, 2005

Учебно – методическое пособие содержит методические рекомендации мастеру п/о по обучению учащихся при выборе режимов резания, изложены вопросы для закрепления теоретических знаний.

Пояснен на примерах выбор рациональных режимов резания, предоставлен необходимый справочный материал, технические характеристики станков, используемые в учебно – производственных мастерских и на предприятиях.

Для сокращения подготовительного времени представлены в виде таблиц средние значения режимов резания, шероховатости поверхности, достижимые квалитеты при различных видах обработки деталей на токарных станках, число оборотов детали в зависимости от ее диаметра и скорости резания, требуемая мощность электродвигателя при точении и сверлении при выбранных режимах резания.

Учебно – методическое пособие предназначено для мастеров п/о и преподавателей при проведении уроков производственного обучения и дисциплин профессионального блока, а также для учащихся учреждений НПО при выполнении практических работ в учебно - производственных мастерских и письменной экзаменационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ

1.	Методические рекомендации мастеру п/о по обучению учащихся при выборе режимов резания ……………………………………………………………….	5
2.	Элементы режима резания ……………………………………………………….	7
3.	Ширина, толщина и площадь поперечного сечения среза ……………………..	9
4.	Основные сведения о силах, действующих на резец …………………………...	10
5.	Мощность резания при точении …………………………………………………	11
6.	Крутящий момент …………………………………………………………………	13
7.	Стойкость резца …………………………………………………………………...	14
8.	Основное (машинное) время ……………………………………………………..	15
9.	Влияние жесткости системы станок – приспособление – инструмент – деталь на точность токарной обработки ………………………………………………...	16
10.	Влияние температурных деформаций станка, резца и детали на точность токарной обработки …………………………………………………………………	17
11.	Влияние износа резца на точность токарной обработки ……………………….	18
12.	Вибрации при точении ……………………………………………………………	18
13.	Влияние обрабатываемого материала на шероховатость поверхности ……….	19
14.	Влияние режима резания на шероховатость поверхности ……………………..	19
15.	Влияние радиуса при вершине, углов в плане, материала и состояния резца на шероховатость поверхности …………………………………………………..	20
16.	Выбор рациональных режимов резания …………………………………………	20
17.	Порядок выбора режимов резания. Примеры …………………………………..	21
18.	Механические свойства металлов ……………………………………………….	27
19.	Режимы резания при черновом обтачивании стали твердосплавными резцами без дополнительной режущей кромки ……………………………………….	29
20.	Режимы резания при черновом обтачивании серого чугуна твердосплавными резцами без дополнительной режущей кромки ………………………………...	31
21.	Режимы резания при обтачивании цветных металлов быстрорежущими резцами …………………………………………………………………………….	31
22.	Режимы резания при чистовом обтачивании стали твердосплавными резцами без дополнительной режущей кромки ……………………………………….	32
23.	Режимы резания при чистовом обтачивании серого чугуна твердосплавными резцами без дополнительной режущей кромки ………………………………...	33
24.	Режимы резания при подрезании торцов и уступов ……………………………	33
25.	Режимы резания при отрезании отрезными резцами и при вытачивании наружных канавок ……………………………………………………………….......	34
26.	Режимы резания при сверлении и рассверливании …………………………….	36
27.	Режимы резания при зенкеровании ……………………………………………...	37
28.	Режимы резания при развертывании …………………………………………….	38
29.	Режимы резания при растачивании ……………………………………………...	40
30.	Режимы резания при центрировании ……………………………………………	40
31.	Режимы резания при обработке фасонными резцами ………………………….	41
32.	Отделка поверхностей ……………………………………………………………	41
33.	Режимы резания при нарезании резьб …………………………………………...	43
34.	Значения коэффициента резания ………………………………………………...	45
35.	Средние значения режимов резания, шероховатости поверхности и квалитеты при различных видах обработки деталей на токарных станках ……………	46
36.	Число оборотов в минуту обрабатываемой детали в зависимости от ее диаметра и скорости резания …………………………………………………….	48
37.	Приближенные значения требуемой мощности электродвигателя станка при обтачивании стали 45 (s6 = 598 МПа) при заданных режимах резания ………	52

 

 

38.	Приближенные значения требуемой мощности электродвигателя станка при сверлении стали (s6 = 750 МПа) при заданных режимах резания …………….	53
39.	Техническая характеристика токарно – винторезных станков Иж250ИТВМ.01; 16К20П; 1М61; 1К62; 1И611П ……………………………….	54
40.	Литература ………………………………………………………………………...	58

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

мастеру производственного обучения по обучению учащихся
при выборе режимов резания.

 

Умение выбирать рациональные режимы резания – залог высокой производительности труда и качества продукции.

В начале изучения токарных операций не следует касаться вопросов выбора режимов резания. Учащиеся настраивают станок на заданное мастером п/о число оборотов шпинделя и величину подачи. Станки настраивают на сравнительно небольшое число оборотов шпинделя.

При выдаче каждого задания мастер п/о объясняет, почему применяется та или иная скорость, глубина резания и подача. Это необходимо для того, чтобы у учащихся накапливались знания и развивалось умение выбирать режим резания. Практические знания и умения лучше всего помогут учащимся усвоить теорию резания металлов. При изучении первых токарных операций не следует приучать учащихся работать на самых низких скоростях резания по следующим причинам:

- учащиеся привыкают к медлительной, малопроизводительной работе – это становится у них своего рода привычкой, препятствующей применению рациональных режимов резания;

- при работе на низких скоростях резания учащиеся получают неверное представление о производительности токарного станка и о том, что такое правильный режим резания, так как низкие скорости устанавливаются не только без всякой связи глубиной резания и величиной подачи, но и вне зависимости от материала заготовки и других факторов;

- применение низких скоростей резания препятствует обучению учащихся правильным способам выполнения чистовых работ, при которых, как известно, берутся значительно большие скорости резания, чем при черновых проходах, поскольку сечение снимаемых при чистовой обработке стружек весьма невелико.

В дальнейшем при выборе режимов резания рекомендуется руководствоваться следующим:

1. При черновой и получистовой обработке цилиндрических поверхностей приучать учащихся работать с постепенно увеличивающимися сечениями стружек.

2. После того, как достигнута наиболее возможная глубина резания (в зависимости от величины припуска на обработку), следует наращивать скорость резания (по стойкости резца, мощности и жесткости станка) до величины, при которой учащийся может работать безопасно.

Не следует преждевременно применять резцы особой геометрии, которые используют новаторы производства.

Несмотря на то, что учащиеся изучают режимы резания на уроках дисциплин профессионального блока и производственного обучения, они допускают различные ошибки.

Это объясняется тем, что они не учитывают основные факторы влияющие на выбор режима резания: влияние твердости обрабатываемого материала и материала резца. Для предупреждения ошибок полезно продемонстрировать три практических примера:

1. Обточить пруток Æ 30 мм из алюминия при 1000 об/мин быстрорежущим резцом и показать, что даже при таких больших оборотах, а следовательно, и скорости резания, резец не потерял режущих свойств.

2. При тех же режимах, тем же резцом обработать стальной пруток. Учащиеся убедятся, что при обработке стали (т.е. более твердого материала) быстрорежущий резец быстро теряет способность резать.

3. Обработать ту же заготовку при тех же режимах резания резцом с пластинкой твердого сплава. В этом режиме резец будет работать продолжительное время.

Таким образом, учащиеся увидят, какое влияние на выбор скорости резания оказывают перечисленные факторы.

Довольно часто учащиеся ошибочно принимают число оборотов шпинделя за скорость резания. Это объясняется тем, что в первые дни производственного обучения они сталкиваются главным образом со скоростью вращения – угловой скоростью (скорость шпинделя), выражаемой числом оборотов в минуту.

Между тем, скорость резания – линейная скорость, а скорость шпинделя – угловая. Учащимся следует объяснить, что износ резца зависит не от оборотов заготовки, а от общей длины стружки, сходящей с его передней поверхности. Чем большей длины стружка сойдет с передней поверхности резца, тем больше будет изнашиваться резец (при тех же оборотах шпинделя, за тоже время с заготовки большего диаметра сойдет больше стружки).

Часто наблюдается и такая ошибка. Учащиеся, выполняя черновые проходы при большом припуске стремятся ускорить обработку не за счет увеличения глубины резания и подачи, а за счет повышения скорости резания, не зная, что выгоднее работать с большим сечением стружки, чем большой скоростью резания. В тех случаях, когда требования к шероховатости поверхности невысокие, они работают с малой подачей, не понимая, что этим увеличивают время обработки.

При изучении темы «Комплексные работы», когда учащиеся закрепляют, совершенствуют умения и навыки по изученным операциям, в процессе обработки различных деталей, для предотвращения грубых ошибок, в целях уменьшения времени необходимого на выбор и расчеты режимов резания рекомендуется пользоваться таблицами 41 и 42, приведенными в данном методическом пособии. В таблице 41 указаны средние значения режимов резания, шероховатости поверхности и достижимые квалитеты при различных видах обработки деталей на токарных станках. Из таблицы 42 находят (без расчетов) число оборотов обрабатываемой детали в зависимости от ее диаметра и скорости резания (выбранного из таблицы      41).

Требуемую мощность электродвигателя при выбранных режимах резания (проверка проводится только при черновом точении, растачивании, сверлении) можно найти по таблице 43 и 44. Для эффективности обучения таблицы 41 и 42 необходимо оформить на стендах в учебной мастерской.

При недостаточном уровне знаний учащиеся могут пользоваться теоретическим материалом, изложенном в данном учебно – методическом пособии.

 

ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

Элементами, характеризующими процесс резания, являются: глубина резания, подача, скорость резания.

Г л у б и н а р е з а н и я t – величина срезаемого слоя за один проход инструмента, измеренная перпендикулярно направлению движения подачи.

Измеряется глубина резания в миллиметрах и обозначается буквой t.

Г л у б и н а р е з а н и я в с е г д а п е р п е н д и к у л я р н а н а п р а в л е н и ю д в и ж е н и я п о д а ч и t ^ S.

При наружном продольном точении глубина резания определяется, как полуразность между диаметром заготовки (обрабатываемой поверхности) D и диаметром (обработанной поверхности) d.

При растачивании глубина резания определяется, как полуразность между диаметром отверстия после обработки и диаметром отверстия до обработки (рис. 1 б).

При отрезании, прорезании канавки и обтачивании фасонными резцами глубина резания равна длине главной режущей кромки (ширина резца) (рис. 1 г).

При подрезании торца глубина резания определяется по формуле:

 t = l_заг. – l_дет.,

где l_заг. – длина детали до данного перехода, l_дет. – длина детали после данного перехода (рис. 1 в).

 

При сверлении глубина резания равняется половине диаметра сверла, а при рассверливании полуразность диаметров отверстия до и после обработки.

 

   

Рис. 1. Глубина резания при различных видах обработки:

а) наружное точение; б) растачивание; в) подрезание торца; г) отрезание

 

П о д а ч а S (точнее скорость подачи) – величина перемещения режущей кромки резца за один оборот обрабатываемой детали.

При точении различают продольную подачу, направленную вдоль оси заготовки, поперечную подачу, направленную перпендикулярно оси заготовки, и наклонную подачу под углом оси заготовки (при обработке на станке конической поверхности).

Различают подачу з а о д и н о б о р о т з а г о т о в к и и м и н у т н у ю п о д а ч у (величина перемещения резца за 1 мин.).

Минутная подача обозначается Sм (мм/мин), а подача за один оборот – S (мм/об).

Между ними существует следующая зависимость

Sм = S × n, мм/мин

где n – число оборотов заготовки в минуту или частота вращения шпинделя (об/мин).

 

 

Рис. 2. Подача за один оборот при наружном точении.

 

С к о р о с т ь р е з а н и я v – путь, пройденный наиболее отдаленной от оси вращения точкой поверхности резания относительно режущей кромки резца в единицу времени. Скорость резания измеряется в м/мин. Скорость резания зависит от частоты вращения и диаметра обрабатываемой заготовки. Чем больше диаметр D заготовки, тем больше скорость резания при одном и том же числе оборотов в минуту. В самом деле, за один оборот заготовки (или за одну минуту) путь, пройденный точкой А на поверхности резания (рис. 3), будет больше пути, пройденного точкой Б, так как диаметр D поверхности резания больше диаметра d. При тех же оборотах за тоже время с заготовки большего диаметра сойдет больше стружки. Чем большей длины стружка сойдет с передней поверхности резца, тем больше будет изнашиваться резец. Величину скорости резания можно определить по формуле

 ,

где p = 3,14;

D – наибольший диаметр поверхности резания в мм;

n – число оборотов заготовки в минуту (об/мин).

 

При подрезке торца, когда резец перемещается от периферии заготовки к центру, скорость резания при постоянной частоте вращения переменна. Она имеет наибольшее значение у периферии и равна нулю в центре. Переменной скорость резания будет и при отрезке. Однако в этих случаях учитывают максимальную скорость резания.

Если известна скорость резания v, допускаемая режущими свойствами инструмента, и диаметр заготовки D, можно определить требуемое число оборотов минуту заготовки и настроить на это число оборотов рабочий орган станка – шпиндель:

 

 

Рис. 3. Определение скорости резания

ШИРИНА, ТОЛЩИНА И ПЛОЩАДЬ

ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ СРЕЗА

Ш и р и н о й с р е з а называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью, измеренное по поверхности резания (см. рис. 4). Ширина среза измеряется в миллиметрах и обозначается буквой b.

Зависимость между шириной среза и глубиной резания выражается формулой

,

где j - главный угол в плане главной режущей кромки.

Т о л щ и н о й с р е з а называют расстояние между двумя последовательными положениями режущей кромки за один оборот детали, измеряемое перпендикулярно к ширине среза (см. рис. 4).

Толщина среза измеряется в миллиметрах и обозначается буквой а. Зависимость толщины среза от величины подачи s и угла в плане j выражается формулой

а = s × sinj.

П л о щ а д ь ю п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я с р е з а называют произведение глубины резания t на подачу s или ширины среза b на толщину а.

Площадь поперечного сечения среза обозначается буквой f и измеряется в квадратных миллиметрах, т.е.

f = t × s = a × b мм².

 

 

 

Рис. 4. Элементы резания при токарной обработке.

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИЛАХ,

ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РЕЗЕЦ

При обработке металлов резанием необходимо преодолеть силы сопротивления резанию. Они образуются из сопротивления срезаемого слоя деформации и сдвигу отдельных элементов стружки, а также трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца об обрабатываемую деталь. В дальнейшем рассматривается равнодействующая сил сопротивления резанию (R).

При точении равнодействующую R раскладывают на три взаимно перпендикулярные составляющие силы, действующие на резец (рис. 5).

P_z – сила резания, касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения;

P_x – осевая сила, или сила подачи, направленная вдоль оси обрабатываемой детали в сторону, противоположную направлению подачи;

P_y – радиальная сила, направленная горизонтально и перпендикулярно оси обрабатываемой детали.

 

Рис. 5. Силы, действующие на резец.

 

Сила резания, сила подачи и радиальная сила измеряются в ньютонах (Н).

Самой большой из трех сил является сила резания: она примерно в 4 раза больше силы подачи и в 2,5 раза больше радиальной силы. Сила резания зависит от механических свойств обрабатываемого материала, определяющих его прочность; от площади поперечного сечения среза; углов заточки резца; скорости резания; качества смазочно-охлаждающей жидкости и др.

Большое влияние на величину силы резания оказывает прочность обрабатываемого материала и его способность к упрочнению (наклепу): чем они выше, тем больше сила резания.

Чтобы охарактеризовать сопротивляемость различных материалов резанию, установлены понятия удельное давление резания и коэффициент резания.

Если силу резания P_z разделить на площадь поперечного сечения среза f, получим удельное давление резания, обозначаемое буквой р:

.

Следовательно, удельное давление резания есть сила резания P_z, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения резца. Удельное давление резания для одного и того же материала не является постоянной величиной: оно изменяется с изменением всех факторов, влияющих на силу резания. С увеличением прочности обрабатываемого материала и угла резания удельное давление резания увеличивается, а с увеличением площади поперечного сечения среза – уменьшается.

Для более точной характеристики сопротивляемости различных материалов резанию установлено понятие коэффициента резания. Коэффициентом резания К называется удельное давление резания, измеренное при следующих постоянных условиях резания:

глубина резания t – 5 мм;

подача s – 1 мм/об;

передний угол g - 15⁰;

главный угол в плане j - 45⁰;

режущая кромка резца – прямолинейная и горизонтальная;

вершина резца закруглена радиусом R = 1 мм;

работа производится без охлаждения.

В отличие от удельного давления резания коэффициент резания для каждого материала является постоянной величиной (таблица 40).

Если известен коэффициент резания К, то умножив его на площадь поперечного сечения среза f, мм ², можно определить (приблизительно) силу резания по формуле:

P_z = K × f (Н)

Пример. На токарном станке обтачивается вал из стали с s_в = 598 МПа. Определить силу резания, если глубина резания t = 5 мм, а подача s = 0,5 мм/об.

Р е ш е н и е. По формуле сила резания

P_z = K × f Н

Определяем величину f:

f = t × s = 5 × 0,5 = 2,5 мм ².

Из таблицы 40 выбираем коэффициент резания К = 1600 МПа

Следовательно,

P_z = K × f = 1600 × 2,5 = 4000 Н.