Пример выполнения задания

Цель работы

Ознакомление с технологическим процессом обработки заготовок на токарном станке. Расчет режимов резания и времени обработки, проверка правильности расчета.

Общие сведения

Обработка заготовок на токарном станке называется токарной операцией. Операция – законченная часть технологического процесса, выполняемая рабочим на одном рабочем месте над определенной деталью. Простейшим элементом технологической операции является переход – обработка одной поверхности одним инструментом при определенных режимах резания. Если cрезаемый слой велик, то он может удаляться не за 1, а за 2 и более проходов – однократных движений инструмента по поверхности. Кроме того, различают установы – мероприятия, связанные с установкой, переустановкой и закреплением заготовки. Все сведения об обработке заготовки заносятся в специальные технологические карты.
Обработка резанием – это процесс срезания режущим инструментов с поверхности заготовки слоя металла для получения требуемой геометрической формы, точности размеров и шероховатости поверхности детали. Для осуществления этого необходимо, чтобы заготовка и режущая кромка инструмента перемещались относительно друг друга (рис. 1).

Рис. 1. Элементы резания

Основными движениями в металлорежущих станках являются движения резания, обеспечивающие срезание с заготовки слоя металла, включающие главное движение и подачу. Главным называется движение, которое служит непосредственно для отделения стружки. Количественно оно оценивается скоростью резания, обозначаемой буквой V, с размерностью м/с (м/мин). При токарной обработке – это вращение заготовки.
Скорость резания – V, это величина, определяющая расстояние, пройденное произвольной точкой режущей кромки инструмента, относительно заготовки в единицу времени.
Подача – движение, обеспечивающее непрерывное врезание режущего инструмента в новые слои материала обрабатываемой заготовки. Подача обозначается буквой S с индексом, указывающим направление: S_пр – продольная, S_п – поперечная подача. При токарной обработке подачей является поступательное движение суппорта. Размерность подачи мм/об.
Подача S’ – путь произвольной точки, режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот либо один ход заготовки или инструмента.
Припуск Z – это слой материала, срезаемый с заготовки в процессе механической обработки. Припуски бывают односторонними (обработка одного торца) и двусторонними, симметричными (обработка двух торцов, цилиндрических поверхностей и т.п.). По величине припуска и чертежу детали рассчитываются размеры заготовки по формуле (для двустороннего припуска)
D = d + 2z (мм), (1)
где D и d – диаметры и заготовки детали в мм; z – величина припуска в мм.
Глубина резания – t – расстояние между обрабатываемой (исходной) и обработанной поверхностями заготовки. При черновом точении часто глубину резания t принимают равной припуску
z = t.
Рекомендуемые значения припусков приведены в таблице 1.

Таблица 1

Рекомендуемые значения припусков при точении

Обрабатываемая поверхность	Обрабатываемый размер d, мм	Припуск на сторону z, мм
Цилиндрическая	10-50	1,0
Цилиндрическая	более 50	1,5
Торцовая		1,0

 

По характеру обработки различают резцы черновые, получистовые и чистовые, которые отличаются друг от друга величиной радиуса (r, мм) при вершине резца.
Для изготовления токарных резцов применяются: высоколегированные инструментальные стали (P18/и др.), твердые сплавы (однокарбидные BK8, двухкарбидные T15K6, трехкарбидные T17K12 и др.(см. Таблицу 2)).

Таблица 2

Материал и геометрия проходных резцов

Материал заготовки	Материал резца	Радиус при вершине резца r, мм
Латунь Л62	P18	0,5 ÷ 2,0
Сталь 10	T15K6	0,5 – 2,0

 

При черновой обработке наиболее производительным будет режим резания, обеспечивающий срезание наибольшего объема металла в единицу времени, что соответствует зависимости
ν = V · t · S’,
где ν – объем срезаемой стружки, см³/мин; V – скорость резания, м/мин; t - глубина резания, мм; S’ – подача, мм/об.
Глубина резания t – лимитируется стойкостью режущего инструмента T. Подача S’ – лимитируется прочностью механизмов подачи станка, прочностью и жесткостью обрабатываемого материала и инструмента. Скорость резания V – лимитируется мощностью станка и заданной стойкостью инструмента T (мин).
Стойкость инструмента T – это время непрерывной работы инструмента при постоянных режимах резания между двумя переточками (см. Таблицу 3).

 

Таблица 3

Обрабатываемый материал	Тип резца	Марка материала инструмента	Стойкость T, мин.
Латунь Л62	Проходной	P18	30 ÷ 60
Сталь 10	Подрезной	T15K6	60 ÷ 80

Рекомендуемые периоды стойкости резцов

Назначение режимов резания начинают с задания глубины резания t, стремясь снять припуск на обработку z за один проход.
Далее выбирают подачу S с учетом обрабатываемого материала, шероховатости поверхности детали R_a и радиуса при вершине резца по таблице 4.

Таблица 4

Рекомендуемые подачи при точении

Обрабатываемый материал	Шероховатость поверхности Ra, мкм	Радиус при вершине резца, мм
0,5	1,0	2,0
Подача, S, мм/об
Сталь 10		0,30…0,50	0,45..0,60	0,55..0,70
Латунь Л62		0,25…0,40	0,40..0,50	0,50..0,60
Сталь 10		0,10…0,25	0,25..0,30	0,30..0,40
Латунь Л62		0,15…0,25	0,25..0,40	0,40..0,60
Сталь 10	2,5	0,10…0,11	0,11..0,16	0,15..0,25
Латунь Л62	2,5	0,10…0,15	0,15..0,20	0,20..0,35

 

При принятой глубине резания, подачи, стойкости инструмента и прочих условиях резания определяют скорость резания

, м/мин, (2)

где C_V, X_V, Y_V, m – эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в таблице 5.

Таблица 5

Коэффициенты для расчета скорости резания при точении

Материал	Подача S, об/мин	CV	XV	YV	m
резца	детали
Р18	ЛатуньЛ62	≤ 0,2		0,12	0,25	0,23
Р18	ЛатуньЛ62	> 0,2		0,12	0,50	0,23
Т15К6	Сталь10	≤ 0,3		0,15	0,20	0,20
Т15К6	Сталь10	< 0,7		0,15	0,35	0,20

По скорости резания определяют расчетную частоту вращения n_рас по формуле (3)

, мин^-1 (3)

где V – скорость резания в м/мин; D – диаметр заготовки в мм.

Расчетная частота вращения n_рас уточняется по паспортным данным станка (принимается ближайшее меньшее значение (см. Таблицу 6)).

Таблица 6

Основные паспортные данные токарного станка

Параметр	Величина
Частота вращения шпинделя, nст, мин-1	100; 160; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000;5000
Продольная подача суппорта, Sст, мм/об	0,025; 0,03; 0,04; 0,05; 0,063; 0,08; 0,10; 0,125; 0,2; 0,25; 0,315; 0,40; 0,50; 0,63; 0,8; 1,0
Мощность эл. двигателя Ncn, кВт

 

Фактическая скорость резания определяется по формуле (4)

, м/мин (4)

Главная составляющая силы резания P_z рассчитывается по формуле (5)

(5)

Необходимую мощность N электродвигателя станка рассчитывают по формуле (6)

, кВт, (6)

где η = 0,7…0,9 – коэффициент полезного действия механизмов и передач станка.

Таблица 7

Коэффициент для расчета силы резания (H) при точении

Материал	Cp	Xp	Yp	np
резца	детали
P18	ЛатуньЛ62	589,5	1,0	0,66
T15K6	Сталь10		1,0	0,75	-0,16

Время на обработку T_обр определяется на каждую операцию. Оно состоит из подготовительно-заключительного T_пз и штучного времени T_шт.

T_обр = T_пз + T_шт (8)

Подготовительно-заключительное время T_пз – это время на ознакомление с чертежом, настройку оборудования, установку и снятие инструмента и приспособлений, сдачу продукции. Чем больше партия, тем меньше это время на одну деталь.

Штучное время T_шт – это сумма: основного времени, затраченного на снятие стружки Т_о, вспомогательного времени на подготовку инструмента, снятие и установку деталей, контроль геометрических размеров T_в и времени обслуживания рабочего места и времени перерывов Т_пр

T_шт = Т_о + T_в + Т_пр (9)

При работе с механической подачей основное время

. (10)

 

Индивидуальные задания для расчета режима резания приведены

в таблице 8.

Таблица 8

Индивидуальные задания

Вариант	Материал заготовки	Диаметр обработанной части заготовки d, мм	Длина обработанной части заготовки l, мм	Шероховатость поверхности Ra, мкм
	Сталь10			2,5
	Сталь10
	Сталь10
	ЛатуньЛ62			7,5
	ЛатуньЛ62
	ЛатуньЛ62
	ЛатуньЛ62
	Сталь10			2,5
	Сталь10
	Сталь10
	Сталь10			2,5
	ЛатуньЛ62			2,5
	ЛатуньЛ62
	ЛатуньЛ62
	ЛатуньЛ62
	Сталь10			2,5
	Сталь10
	Сталь10
	Сталь10
	ЛатуньЛ62			2,5
	ЛатуньЛ62
	ЛатуньЛ62
	ЛатуньЛ62
	ЛатуньЛ62			2,5

 

Пример выполнения задания

2.1. Ознакомиться с общей частью методических указаний.
2.2. Начертить чертежи элементов резания по рис.1.
2.3. Выписать для расчета параметров данные индивидуального задания по таблице 8.
Например: - материал заготовки – сталь10

- диаметр обработанной части заготовки – d = 43 мм.

- длина обработанной части – e = 200 мм.

- шероховатость поверхности – R_a = 10 мкм.

2.4. Найти величину припуска на обработку и определить размеры заготовки по формуле (1) и табл. 1.
D = d + 2z = 43 + 2 · 1,0 = 45 мм.

Выбираем в качестве заготовки сталь горячекатаную, круглую, диаметром 45 мм.

2.5. Выбор инструмента.

Используется проходной упорный резец. По табл. 2 находим марку твердосплавной режущей пластинки – Т15К6 с геометрией: φ = 90⁰; φ₁= 45⁰; γ = 10⁰; α = 12⁰; r = 1,0 мм. Период стойкости Т по таблице 3 принимаем T = 80 мин.

2.6. Расчет режимов резания.
Глубина резания t принимается равной припуску

t = z = 1мм.

2.7. По табл. 4 выбираем подачу S для стали 10 при шероховатости R_a = 10 мкм и радиусе при вершине резца r = 1,0 мм

S = 0,5 мм/об

2.8. Скорость резания определяется по формуле (2) и данным табл. 5

= = 184,2 м/мин.

2.9. Частоту вращения по формуле (3)
= =1303,6 мин^-1.
Уточняем n_ст по паспортным данным станка (см. табл. 6) и принимаем ближайшую меньшую n_ст = 1250 мин^-1.

2.10. Фактическая скорость резания V_ф определяется по формуле (4)

= = 176,6 м/мин.

2.11. Главная составляющая силы резания P_z определяется по формуле (5) и данным табл. 7

= 2943 · 1¹ · 0,5^0,75 · 176,6^-0,15 = 804,1 Н.

2.12. Мощность резания N определяется по формуле (6)

= = 2,84 кВт

Так как N_Э = 2,84 < N_ст = 10 кВт, то обработка на данных режима выполнена правильно.

2.13. Основное время T_o на обработку заготовки определяется по формуле (10)

= = = 0,3 мин.