Основы расчетов кинематических и силовых характеристик процесса резания

Выбор периода стойкости инструмента. Прежде чем при­ступить к расчету скорости резания, допускаемой режущими свой­ствами резца, необходимо задаться периодом его стойкости. Разли­чают период стойкости, соответствующий минимальной себестои­мости операции Т_эк, и период стойкости, соответствующий макси­мальной производительности операции Т_нп.

Экономический период стойкости Т_эк, определяют по формуле

 

T _эк =(l - m)/ m (t_c + Э_и/Е),

 

где т- показатель относительной стойкости; t_c - время простоя станка в связи с заменой инструмента; Э_и - затраты, связанные с эксплуатацией инструмента за его период стойкости; Е - себестои­мость 1 мин работы станка и станочника.

Если учитывать только прямые затраты труда, связанные с выполнением операции, т.е. не учитывать стоимости изготовления и эксплуатации инструмента (принять Э_и=0), то формула для расчета стойкости примет вид:

 

T _нп [(l - m)/ mt _с ]

 

Период стойкости, определяемый по этой формуле, называют периодом стойкости, соответствующим максимальной производи­тельности.

При нормальном ходе технологического процесса режим резания дол­жен соответствовать экономическому периоду стойкости Т_эк, а Т_нп используют в исключительных случаях, когда, не считаясь с затра­тами, необходимо в единицу времени выпустить максимальное ко­личество деталей.

Скорость резания. Расчет скорости резания, допускаемой ре­жущими свойствами резцов, производится по обобщенному уравне­нию, связывающему все факторы процесса резания с искомым фак­тором, т.е. скоростью резания. При точении резцами, оснащенными пластинками твердого сплава, уравнение для расчета скорости ре­зания имеет вид:

 

V = [ C_V /(T ^т t^xVs^yV)] К_мК_с К_и Kj...,м/мин

 

где С_V- постоянная, характеризующая условия обработки, при кото­рых получена зависимость У= f (Т, s, t) (все поправочные коэффици­енты при этом равны единице); x_v и у _v - показатели степени; m -показатель относительной стойкости; К_м - коэффициент, учитываю­щий свойства обрабатываемого материала: для стали - К_м = 750 / s_e, для чугуна - К_М=(190/НВ) ^1,25; К_с - коэффициент, учитывающий со­стояние обрабатываемой поверхности (при отсутствии литейной кор­ки К_с =1); К_и – коэффициент учитывающий марку инструментального материала; Kj - коэффициент, учитывающий главный угол в плане.

В формуле скорости резания могут быть другие коэффициен­ты, учитывают применение СОЖ, форму передней поверхности резца, величину его износа и т.д. Эти коэффициенты приводятся в справоч­никах.

После расчета скорости резания подсчитывают расчетное чис­ло оборотов детали по формуле

 

n=1000V/pD мин, ^-1

 

которое корректируют по паспорту станка, принимая ближайшее меньшее действительное число оборотов. Затем пересчитывают действительную скорость резания по формуле.

 

V _д = pDn _д /1000 м/мин.

Касательная составляющая силы резания Р _z. Сила Р_z рассчитывается по обобщенному уравнению для расчета скорости резания. Формула для расчета касательной составляющей силы резания при точении имеет вид:

 

Р_{z =} C_pt^xpS_д^ypV_д^npK_MK_gK_j…,

 

где, C_p, Х_р,У_р,п_{р –} постоянная и показатели степени, характеризующие условия обработки и влияние t.s.V на силу Р… В справочниках значения C_p, Х_р,У_р,п_р приводятся для стали с S_в=750 н/мм² и чугуна НВ 190.

При обработке материалов, отличных от приведенных в справочнике, изменении геометрических элементов лезвия рассчитанные силы резания Р_z следует умножить на поправочные коэффициенты К_мК_gK_j: при обтачивании твердосплавным резцом стали К_м= (о_в/750)0,35; чугуна – К_м =(НВ/190)0,4; приводятся в справочниках.

Мощность, необходимая на резание. Мощность, потребная на резания, подсчитывается по формуле

 

N_э = Р_zV_Д/60 000, КВТ.

 

Расчетная мощность электродвигателя станка

 

N_CT = N_э/h, КВТ.

 

где η – коэффициент полезного действия станка.

Расчетная мощность электродвигателя станка должна быть менее действительной мощности станка

N_CT≤ N_{ст д.}

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с основными кинематическими и силовыми зависимостями, используемыми при проектировании процесса точения и порядком их определения.

2. Получить задание на выполнение лабораторной работы.

3. Выбрать период стойкости инструмента.

4. Замерить диаметр заготовки.

5. Рассчитать скорость резания, допускаемую режущими свойствами инструмента.

, м/мин

 

6. Рассчитать число оборотов шпинделя станка по формуле:

 

 , об/мин

 

7. Скорректировать расчетное число оборотов по паспортным данным станка принимая ближайшее меньшее.

8. Рассчитать действительную скорость резания по формуле:

 , м/мин

 

9. Рассчитать значение касательной составляющей силы резания по зависимости:

 

Р_z=C_pzt^xpzS^ypzVⁿK_MK_γK_φ,

 

где C_pz- коэффициент, характеризующий группу обрабатываемых материалов;

K_M - коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал;

K_γ -коэффициент, учитывающий передний угол заточки резца;

K_φ- коэффициент, учитывающий главный угол в плане.

10. Рассчитать мощность резания

N_рез=P_zV, Вm

 

где V- скорость резания, м/с

11. Проверить возможность выполнения операции по условию

 

N_рез≤N*η

 

где η - коэффициент полезного действия станка.

Если это условие выполняется то станок настраивается на заданные режимы и выполняется операция точения. Если условие не выполняется, то уменьшается скорость резания (число оборотов) до выполнения этого условия. После чего выполняется операция точения.

12. Сделать вывод по работе.

13. Оформить отчет.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое период стойкости инструмента?

2. Какая зависимость между допускаемой скоростью резания и периодом стойкости инструмента?

3. Как влияет глубина резания на величину допускаемой скорости резания?

4. Как влияет величина подачи на допускаемую скорость резания?

5. По какому условию проверяют возможность выполнения операции точения?

6.  Какие параметры процесса резания необходимо знать, чтобы рассчитать мощность резания?

7. По какой зависимости рассчитывают число оборотов шпинделя станка, если известна допустимая скорость резания?

8. По какой зависимости рассчитывается действительная скорость резания

Лабораторная работа №4