Мощность резания при точении

Мощность, затрачиваемую на срезание стружки, называют э ф ф е к т и в н о й         м о щ н о с т ь ю, или м о щ н о с т ь ю р е з а н и я.

Чтобы определить мощность резания, нужно знать силу резания P _z в Н и скорость резания n в м/мин.

. 1020 – коэффициент перевода  Н × м/с    в кВт.

Мощность электродвигателя станка N _эд. должна быть больше мощности резания N _e, так как часть мощности электродвигателя затрачивается на преодоление трения в подшипниках шпинделя и валов, в зубчатых передачах коробки скоростей и др.

Если разделить мощность, подведенную к шпинделю станка N _ст. на мощность электродвигателя N _эд., то получится число меньше единицы. Это число, показывающее, какая часть мощности электродвигателя может быть полезно использована на резание, называется      к о э ф ф и ц и е н т о м п о л е з н о г о д е й с т в и я и обозначается буквой h.

Следовательно,

,

где N _ст. – мощность станка на шпинделе, кВт;

N _эд. – мощность электродвигателя, кВт.

 

Вполне понятно, что мощность станка на шпинделе должна удовлетворять условию:

N _ст. > N _е,

где N _е – мощность расходуемая на резание, кВт.

Пример. Определить мощность резания при точении валика из конструкционной углеродистой стали s_в = 628 МПа, при условии, что D = 50 мм, n = 190 об/мин, t = 5 мм,                 s = 0,4 мм/об.

Р е ш е н и е.

По таблице 40 выбираем коэффициент резания. Для стали при s_в = 628 Мпа,
K = 1780 МПа.

Площадь поперечного сечения среза

f = t × s = 5 × 0,4 = 2 мм ².

Сила резания

P_z = K × f = 1780 × 2 = 3560 Н.

Скорость резания

.

Следовательно, мощность резания

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ

При врезании режущей кромки резца в обрабатываемый материал он давит на резец с силой P_z, направленной вертикально вниз.

С такой же силой, с какой стружка давит на резец, на обрабатываемую деталь в месте резания действует сила P_z, направленная в обратную сторону (рис. 6). Эта сила стремится препятствовать вращению детали и нагружает механизмы привода станка.

 

 

Рис. 6. Действие силы P_z на заготовку.

 

Если силу P_z умножить на половину диаметра обрабатываемой детали, то получим величину, называемую м о м е н т о м с о п р о т и в л е н и я р е з а н и ю. Эта величина выражается в Ньютон - миллиметр, если диаметр выражен в миллиметрах, и в Ньютон - метр, если диаметр детали выражен в метрах.

Обозначая момент сопротивления резанию буквой М_р, получим:

Н × мм     или       Н × м

 

Допустим, что сила резания при заданных глубине резания и подаче равна 2000 Н, а диаметр детали – 100 мм. Тогда момент сопротивления резанию

(100 Н × м).

Полученная величина момента сопротивления резанию, которую создает сила P_z, действуя на плече , и должна быть преодолена приводом станка.

Чтобы происходило резание, необходимо, чтобы крутящий момент на шпинделе при выбранном числе оборотов был больше или равен моменту сопротивления резанию, т.е.

М _шп.³ М _р.

Допустимый крутящий момент на шпинделе станка для каждой ступени числа оборотов указывается в паспорте станка.

Крутящий момент на шпинделе М _шп. для станка с коробкой скоростей определяется по формуле:

, Н × мм,

где N _эд. – мощность электродвигателя, кВт;

n – число оборотов шпинделя в минуту;

h - коэффициент полезного действия.

Среднее значение коэффициента полезного действия для токарного станка с коробкой скоростей можно принять равным 0,75 – 0,85.

Из формулы следует, что каждой ступени числа оборотов соответствует определенный крутящий момент на шпинделе. Следовательно, если станок имеет 24 различных числа оборотов шпинделя, то привод передает шпинделю 24 различных по величине крутящих момента.

Если крутящий момент на шпинделе равен моменту сопротивления резанию, мощность станка используется полностью. Если крутящий момент на шпинделе больше момента сопротивления резанию, то используется только часть мощности станка, а если он меньше момента сопротивления, это значит, что станок перегружен. В последнем случае электродвигатель будет перегреваться или остановится. Необходимо уменьшить момент сопротивления резанию за счет уменьшения сечения среза или перейти на ступень с меньшим числом оборотов шпинделя, при котором крутящий момент на шпинделе будет равен моменту сопротивления резанию или больше его.

 

СТОЙКОСТЬ РЕЗЦА

 

Стойкостью резца называется время его непрерывной работы до затупления, т.е. между двумя переточками. Стойкость резца измеряется обычно в минутах. На стойкость резца влияют свойства обрабатываемого материала, материал резца, его углы и форма передней поверхности, скорость резания, площадь поперечного сечения среза, охлаждение.

Увеличение твердости или прочности обрабатываемого материала, а также способности его к наклепу понижает стойкость резца. Объясняется это тем, что твердый материал оказывает большое давление на резец, а с увеличением давления возрастают сила трения и количество выделяющегося тепла.

Стойкость резца в значительной степени зависит и от материала, из которого он изготовлен. Резцы лучше изготовлять из наиболее теплостойкого материала, который выдерживает большую температуру нагрева, не теряя при этом твердости. Для каждого материала резца существует наибольшая температура, при которой режущая кромка теряет твердость и быстро тупится. Такой критической (предельной) температурой является температура  200 - 250⁰ С (для резцов из углеродистой стали); 560 – 600⁰ С (для резцов из быстрорежущей стали); 800 – 900⁰ С (для резцов с пластинками из твердого сплава); 1200⁰ С (для резцов с минералокерамическими пластинками).

Таким образом, наибольшей стойкостью при прочих равных условиях обладают резцы, оснащенные пластинками из твердого сплава; значительно меньшей стойкостью – резцы из быстрорежущей стали; наименьшей – резцы из углеродистой инструментальной стали. Это необходимо учитывать при назначении скоростей резания.

Передний угол g, главный угол в плане j и форма передней поверхности оказывают влияние на процесс резания, на легкость схода стружки, чистоту обработанной поверхности и стойкость резца. Изменяя углы заточки и форму передней поверхности, можно добиться значительного повышения стойкости резцов и их производительности.

Углы заточки нужно выбирать в зависимости от обрабатываемого материала, материала резца, величины подачи.

Для обработки вязких металлов целесообразно применять резцы с узкой фаской и радиусной канавкой на передней поверхности. Тогда стружка легко завивается, а стойкость резца возрастает.

При обработке твердых сталей резцами с пластинками из твердого сплава нужно упрочнять их режущие кромки. Наиболее просто это достигается за счет уменьшения переднего угла. Уменьшение переднего угла также значительно увеличивает стойкость твердосплавного резца.

На стойкость резца влияют его размеры: чем массивнее резец, тем лучше он отводит тепло от режущей кромки и, следовательно, тем больше его стойкость.

Особенно сильно влияет на стойкость резца скорость резания. Иногда даже самое незначительное увеличение скорости резания приводит к быстрому затуплению резца. Например, если при обработке стали быстрорежущим резцом повысить скорость резания всего на 10%, т.е. в 1,1 раза, резец затупится в два раза быстрее. Наоборот, если скорость резания при тех же условиях незначительно уменьшить, стойкость резца сильно возрастет.

На стойкость резца оказывает влияние площадь поперечного сечения среза.

С увеличением площади поперечного сечения среза возрастает сила резания и, следовательно, количество выделяющегося тепла; затупление резца наступает быстрее. Однако установлено, что увеличение сечения среза меньше влияет на стойкость резца, чем увеличение скорости резания. Иначе говоря, затупление резца будет происходить быстрее при увеличении скорости резания и медленнее при увеличении сечения среза. Понятно, что для повышения производительности выгоднее прибегать к тому из этих двух средств, при котором резец будет затупляться медленнее. Отсюда можно сделать важный практический вывод: для увеличения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразно увеличивать площадь поперечного сечения среза и соответственно снижать скорость резания.

При чистовой обработке резец снимает незначительный слой металла при малых подачах, поэтому скорость резания может быть значительно увеличена по сравнению со скоростью резания при обдирочной работе.

На стойкость резца влияет площадь поперечного сечения среза (площадь поперечного сечения среза представляет собой произведение глубины резания на подачу, т.е.                  f = t × s мм ²). Одна и та же площадь поперечного сечения среза может быть достигнута за счет большой глубины резания и малой подачи и, наоборот, за счет малой глубины резания и большой подачи.

Опыты показывают, что увеличение глубины резания значительно меньше влияет на изменение стойкости резца, чем такое же увеличение подачи. Поэтому для повышения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразнее увеличивать глубину резания, чем подачу.

Стойкость резца значительно возрастает при охлаждении.

ОСНОВНОЕ (МАШИННОЕ) ВРЕМЯ

Основное (машинное) время Т₀ – время, расходуемое на резание при обработке поверхности детали.

Основное машинное время находят из формулы

,

где L – расчетная длина обработки, мм; n – частота вращения, об/мин; S – подача, мм/об; i – число проходов.

Расчетная длина обработки определяется следующим образом:

L = y + l + D мм,

где l – длина обрабатываемой поверхности в направлении подачи, мм; y – величина врезания инструмента, мм; D - величина перебега инструмента, мм.

Величина врезания y принимается для резцов с углом j < 90⁰ 1 – 5 мм в зависимости от глубины резания и угла в плане; для сверления – 0,3 диаметра сверла; для прочих мерных инструментов (зенкеров, разверток, плашек, метчиков) – длина режущей части; для нарезания резьб резцами – 2-3 шага резьбы.

Величина перебега учитывается только при обработке на проход и принимается в пределах 1-3 мм.

При нарезании резьб метчиками и плашками основное машинное время состоит из времени нарезания резьбы и свинчивания инструмента.

 

Таблица       1    Длина врезания и перебега проходного резца

Глубина резания в мм	Главный угол в плане			Перебег в мм	Глубина резания в мм	Главный угол в плане			Перебег в мм
	45^0	60^0	75^0			45^0	60^0	75^0
	Длина врезания в мм					Длина врезания в мм
0,5	0,5	0,3	0,1	1,0	7,0	7,0	4,0	1,9	2,0
1,0	1,0	0,6	0,3	1,0	8,0	8,0	4,6	2,1	3,0
1,5	1,5	0,9	0,4	1,5	9,0	9,0	5,2	2,4	3,0
2,0	2,0	1,2	0,6	1,5	10,0	10,0	5,8	2,7	3,0
2,5	2,5	1,4	0,7	1,5	11,0	11,0	6,4	2,9	3,0
3,0	3,0	1,7	0,8	2,0	12,0	12,0	6,9	3,2	3,0
4,0	4,0	2,3	1,1	2,0	13,0	13,0	7,6	3,5	3,0
5,0	5,0	2,9	1,3	2,0	14,0	14,0	8,1	3,8	3,0
6,0	6,0	3,5	1,6	2,0	15,0	15,0	8,7	4,0	3,0