Расчет режимов резания. 2
Оглавление
Введение |
5 |
Исходные данные |
6 |
1. Табличный метод расчёта |
6 |
2. Аналитический метод расчёта |
10 |
3.Построение номограммы V = f(n,D) |
16 |
Заключение Библиографический список |
17 18 |
Приложение А (чертеж резца) |
19 |
Введение
Дальнейшее развитие экономики нашей страны будет происходить за счёт интенсификации производства. В машиностроении, и в частности, при обработке металлов резанием, одним из путей интенсификации производства является более полное использование технологических возможностей всех составляющих процесса производства.
Себестоимость обработки детали зависит от многих факторов, в число которых входят и режимы резания. Назначение элементов режима резания, обеспечивающих минимальную себестоимость обработки – задача сложная, решение которой в большинстве случаев возможно только после полного анализа конкретной операции, а иногда и целого ряда связанных с ней процессов.
Одним из этапов решения этой задачи является определение элементов режима резания, допускаемых возможностями оборудования и инструмента. Назначение величин элементов режима резания, как правило, выполняют в следующей последовательности: определяют глубину резания, затем выбирают подачу и стойкость инструмента и далее определяют скорость резания, соответствующую принятым величинам глубины резания, подачи и стойкости. После согласования величин подачи и скорости резания с возможностями кинематических цепей станка определяют основное (машинное) время обработки.
В практической деятельности технолог, назначая режим резания, пользуется одним из методов расчёта – аналитическим, табличным или графическим. Широкое применение персональных компьютеров позволяет назначить режим резания более точно, так как аналитические зависимости, связывающие элементы режима резания, создают возможность более полного учёта и анализа факторов, влияющих на процесс обработки.
Задачей данной курсовой работы является определение элементов режима резания, обеспечивающих минимальную себестоимость обработки.
Исходные данные
- Деталь – вал.
- Вид обработки – обточка по диаметру.
- Материл детали – СЧ18-36.
- Диаметр детали – 92,5 h12 мм.
- Длина обработки – 140 мм.
- Шероховатость поверхности – Rz20.
- Диаметр заготовки – 97 мм.
- Длина заготовки – 360 мм.
- Способ закрепления заготовки – в патроне консольно.
Определить табличным и аналитическим методами режимы резания, построить номограмму V = f(n,D), выполнить чертёж резца.
Определим по справочной литературе [4-7] предел прочности при растяжении материала детали sв = 180 Н/мм2 (180 МПа), и допуск на изготовление d = 0,35 мм и твердость НВ = 170-241.
Табличный метод расчета
Для достижения заданной точности и шероховатости поверхности детали ее обработку производим в два прохода: первый проход – предварительный черновой, второй – окончательный получистовой.
Определим параметры инструмента, режимы обработки и выберем оборудование для выполнения второго прохода.
Для окончательной обработки детали, изготовляемой из серого чугуна, выбираем твердосплавную пластинку марки ВК6М (прилож.2 [1]).
Выбираем форму передней поверхности резца – плоскую с фаской (прилож.3 [1]).
По прилож.4 [1] определяем геометрические параметры режущей части резца:
f = 1,2 мм; gf = –5; g = 12°; a = 10°; l = 0; j = 45°; j1 = 15°; r = 1,0 мм.
По ГОСТ 18877-73 принимаем резец правый, прямой проходной с сечением державки В Н = 20 20 мм2, длиной L = 150 мм, оснащённый твердосплавной пластиной толщиной С = 5 мм.
Припуск на обработку детали h = 2,25 мм удаляется за два прохода, в связи с большой заданной шероховатостью. Глубина резания t на втором проходе должна быть не более 2 мм, при этом на черновом проходе должна удаляться большая часть припуска. В связи с этими требованиями назначаем глубину резания на первом проходе равной 1,25 мм, на втором — t = 1 мм.
Величина подачи, обеспечивающей получение заданной шероховатости, равна
Sшт = 0,25…0,4 мм/об
Принимаем Sшт = 0,4 мм/об.
Полученное значение подачи проверим по прочности резца, твердосплавной пластинки и по допускаемому прогибу детали.
Величину подачи, допускаемой прочностью державки резца, определим по приложению 6 [1] , приняв вылет резца lp = 1,5H = 1,5·20 = 30 мм, где H – высота державки резца:
Sпр = 2,7 мм/об.
Подачу, допускаемую прочностью пластинки твердого сплава определим по приложению 7 [1]:
Sпл = 3,3 мм/об.
Подача, допускаемая по прогибу детали (прилож.10 [1]), определяется по формуле
Sжд = Sm ∙ KL ∙ Kφ ∙ KS,
где Sm – табличное значение подачи,Sm = 1,4 мм/об;
KL, Kφ, KS – коэффициенты, учитывающие влияние длины детали, угла φ, способа закрепления детали, KL = 2,7, Kφ = 1, KS = 1,5.
Подставив найденные значения, получим: Sжд = 3,41 мм/об.
Подача, выбранная из условия получения заданной шероховатости поверхности детали, удовлетворяет и другим рассмотренным ограничениям и может быть принята за технологическую.
Скорость резания выбирается в зависимости от обрабатываемого и инструментального материалов, выбранных значений глубины резания, подачи и главного угла резца в плане. Скорость резания V = Vm∙K1∙K2,
где Vm – табличное значение скорости, Vm = 1,55 м/с (прилож.11 [1]);
K1 – коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала, К1=1;
K2 – коэффициент, учитывающий влияние материала инструмента, К2=1,4;
V = 1,55∙1∙1,4 = 2,17 м/с.
Эта скорость достигается при частоте вращения шпинделя
Мощность, затрачиваемая на процесс резания, определим по приложению 10: N=2,4 кВт.
Мощность привода станка при КПД η=0,8
Nст = 2,4/0,8 = 3 кВт.
Усилие подачи (прилож.13 [1])
Q = Qm · Kγ · Kλ,
где Qm – табличное значение усилия подачи, Qm = 380 Н;
Kγ – коэффициент, учитывающий влияние угла γ, ;
Kλ – коэффициент, учитывающий влияние угла λ, ;
Q = 380 Н.
Для обработки детали выбираем станок модели 1М61, имеющий следующие технические характеристики:
высота центров — 320 мм;
расстояние между центрами — 640 мм;
мощность привода — 4,0 кВт;
наибольшее усилие подачи – 1400 Н;
диапазон частот вращения шпинделя — 12,5…1600 об/мин;
диапазон подач — 0,08…1,9 мм/об.
Определённые ранее значения подачи и частоты вращения корректируем по имеющимся в станке.
Принимаем S = 0,42 мм/об, n = 450 об/мин.
Тогда скорость резания
Основное машинное время, необходимое для выполнения второго прохода,
где L – длина обрабатываемой поверхности детали, L = 140 мм;
lв – длина врезания,
lп – длина набега, принимаем ln = 1 мм.
Определенные параметры инструмента, оборудования, режим и время обработки заносим в таблицы 1–3.
Таблица 1
Инструмент
Вид инструмента |
Материал пластинки |
Державка |
Вылет резца |
Геометрические параметры режущей части | ||||||||
ширина |
высота | |||||||||||
В |
Н |
lp |
f |
γf |
γ |
α |
λ |
φ |
φ1 |
r | ||
Резец прямой проходной |
ВК6М |
20 |
20 |
30 |
1,2 |
-5 |
12 |
10 |
0 |
45о |
15о |
1 |
Таблица 2
Оборудование
Модель станка |
Высота центров, мм |
Расстояние между центрами, мм |
Мощность привода, кВт |
Диапазон частот вращения шпинделя, об/мин |
Диапазон подач, мм/об |
N |
n |
S | |||
1М61 |
320 |
640 |
4 |
12,5…1600 |
0,08…1,9 |
Таблица 3
Режим и время обработки
Глубина резания, мм |
Подача, мм/об |
Частота вращения шпинделя, об/мм |
Скорость резания, м/с |
Машинное время, мин |
t |
S |
n |
V |
T |
1 |
0,42 |
450 |
2,23 |
0,88 |
Аналитический метод расчета
Для проведения расчётов на ПК определяются параметры, входящие в блок исходных данных (табл. 4).
Таблица 4
Исходные данные для расчета на ЭВМ
№ п/п |
Параметр |
Параметр |
Значение | |
1 |
2 | |||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
Вид обработки (прилож. 19) |
Наружное продольное точение | ||
2 |
Стойкость инструмента |
Т |
60 |
60 |
3 |
Шероховатость |
Rz |
20 |
20 |
4 |
Длина обработки |
L |
140 |
140 |
5 |
Глубина резания |
t |
1 |
1 |
6 |
Допуск на обработку |
d |
0,35 |
0,35 |
7 |
Материал инструмента |
ВК6М |
ВК6М | |
8 |
Радиус вершины резца |
r |
1 |
2 |
9 |
Главный угол в плане |
j |
45 |
45 |
10 |
Вспомогательный угол в плане |
j1 |
15 |
15 |
11 |
Угол резания |
78 |
78 | |
12 |
Ширина и высота сечения державки |
B, H |
20, 20 |
20, 20 |
13 |
Вылет резца |
lp |
30 |
30 |
14 |
Материал заготовки |
СЧ18-36 |
СЧ18-36 | |
15 |
Твёрдость материала |
HB |
190 |
190 |
16 |
Состояние обрабатываемой поверхности (прилож.8) |
Без корки |
Без корки | |
17 |
Диаметр заготовки под обработку |
D0 |
94,5 |
94,5 |
Вид закрепления заготовки, начальное положение резца |
lн |
В патроне консольно, 0,5 |
В патроне консольно, 0,5 | |
18 |
Длина заготовки |
lз |
360 |
360 |
19 |
Конечное положение резца |
lк |
140,5 |
140,5 |
20 |
Количество наружн. ступеней обработки |
2 |
2 | |
21 |
Диаметр, длина 1-й ступени |
92,5; 140 |
92,5; 140 | |
22 |
Количество внутренних ступеней |
0 |
0 | |
23 |
Тип станка |
1М61 |
1М61 | |
Расчеты на ПК следует выполнять согласно инструкции (прилож.20 [1]). Результаты расчёта представлены в таблице 5.
Таблица 5
╔═══════════════ Данные обработки ════════════════╗
║ Вид обработки - наружное продольное точение ║
║ Стойкость инструмента (мин) ? 60 ║
║ Длина обработки (мм) ? 140 ║
║ Глубина резания (мм) ? 1 ║
║ Допуск на обработку (мм) ? 0.35 ║
║ Вид закрепления - в патроне консольно ║
║ Вид СОЖ - на водной основе ║
║ Cтанок - 1М61
║
║
║
║
║
╚═════════════════════════════
╔══════════════════ Инструмент ═══════════════════╗
║ Материал режущей части - ВК6-М ║
║ Радиус при вершине резца (мм) ? 1 ║
║ Главный угол в плане (град) ? 45 ║
║ Вспомогат. угол в плане (град) ? 15 ║
║ Угол заострения (град) ? 78 ║
║ Сечение державки - прямоугольное ║
║ Ширина сечения (мм) ? 20 ║
║ Высота сечения (мм) ? 20 ║
║ Вылет резца (мм) ? 30 ║
║
║
║
║
╚═════════════════════════════
╔════════════════════ Деталь ═════════════════════╗
║ Материал детали - СЧ18-36 ║
║ Твердость материала (HB) ? 190 ║
║ Шероховатость поверхности (Rz) ? 20 ║
║ Состояние поверхности заготовки - без корки ║
║ Длина заготовки (мм) ? 360 ║
║ Диаметр под обработку (мм) ? 94.5 ║
║ Начальное положение резца (мм) ? 0.5 ║
║ Конечное положение резца (мм) ? 140.5 ║
║ Кол. наружн. ступеней (мм) ? 2 ║
║ Кол. внутр. ступеней (мм) ? 0 ║
║
║
║ ║
╚═════════════════════════════
┌──────┬────────┬─────────────
| N, |Скорость|
Ограничение подачи по
|об/мин|резания
├─────────┬──────────┬────────
| | V, |точности |прочности |стойкости | мощности |шероховатости|
|
| м/мин ├─────────┴──────────┴────────
| | | S, ( мм/об ) |
├──────┼────────┼─────────┬───
|12.5 | 3.7 | 2.128 | 40.216 | 2.843 | 231.181 | 0.398 |
|16.0 | 4.7 | 2.128 | 40.216 | 2.877 | 166.343 | 0.398 |
|20.0 | 5.9 | 2.128 | 40.216 | 2.916 | 123.535 | 0.398 |
|25.0 | 7.4 | 2.128 | 40.216 | 2.965 | 91.744 | 0.398 |
|28.0 | 8.3 | 2.128 | 40.216 | 2.994 | 78.878 | 0.398 |
|35.5 | 10.5 | 2.128 | 40.216 | 3.069 | 57.481 | 0.398 |
|45.0 | 13.4 | 2.128 | 40.216 | 3.165 | 41.900 | 0.398 |
|56.0 | 16.6 | 2.128 | 40.216 | 3.278 | 31.303 | 0.398 |
|63.0 | 18.7 | 2.128 | 40.216 | 3.350 | 26.753 | 0.398 |
|80.0 | 23.7 | 2.128 | 40.216 | 3.529 | 19.456 | 0.398 |
|100.0 | 29.7 | 2.128 | 40.216 | 3.740 | 14.449 | 0.398 |
|125.0 | 37.1 | 2.128 | 40.216 | 4.002 | 10.730 | 0.398 |
|160.0 | 47.5 | 2.128 | 40.216 | 4.103 | 7.721 | 0.398 |
|200.0 | 59.3 | 2.199 | 41.564 | 4.103 | 5.926 | 0.398 |
|250.0 | 74.2 | 2.299 | 43.461 | 3.603 | 4.602 | 0.398 |
|315.0 | 93.5 | 2.408 | 45.517 | 2.935 | 3.542 | 0.398 |
|555.0 | 164.7 | 2.697 | 50.976 | 1.198 | 1.864 | 0.398 |
|450.0 | 133.5 | 2.586 | 48.882 | 1.807 | 2.364 | 0.398 |
|560.0 | 166.2 | 2.702 | 51.068 | 1.175 | 1.845 | 0.398 |
|710.0 | 210.7 | 2.833 | 53.550 | 0.634 | 1.410 | 0.398 |
|800.0 | 237.4 | 2.901 | 54.844 | 0.433 | 1.232 | 0.398 |
|1000.0| 296.7 | 3.034 | 57.347 | 0.182 | 0.956 | 0.398 |
|1250.0| 370.9 | 3.172 | 59.964 | 0.060 | 0.743 | 0.398 |
|1600.0| 474.8 | 3.333 | 62.999 | 0.012 | 0.561 | 0.398 |
└──────┴────────┴─────────┴───
Оптимальные режимы резания:
S, мм/об : 0.398
N, об/мин : 800.000
V, м/мин : 237.384
Машинное
время Т, мин : 0.440
Толщина пластинки твердого сплава не менее (мм): 0.995
Cpz = 92.000
Xpz = 1.000
Ypz = 0.750
Kpz = 0.719
Kv = 1.628
Сила резания
Pz = 33.151
Анализируя полученные результаты, видим, что наибольшая производительность обработки достигается при частоте вращения шпинделя n = 800 об/мин и подаче S = 0,398 мм/об, при этом величина подачи ограничивается шероховатостью поверхности.
Анализируя влияние параметров, входящих в это ограничение, приходим к выводу, что величину подачи можно увеличить, изменив радиус закругления при вершине резца. Увеличение радиуса закругления при вершине резца приводит к уменьшению высоты микронеровностей, а, следовательно, к уменьшению шероховатости обрабатываемой поверхности.
Результаты повторного расчёта представлены в таблице 6.
Таблица 6
╔═══════════════ Данные обработки ════════════════╗
║ Вид обработки - наружное продольное точение ║
║ Стойкость инструмента (мин) ? 60 ║
║ Длина обработки (мм) ? 140 ║
║ Глубина резания (мм) ? 1 ║
║ Допуск на обработку (мм) ? 0.35 ║
║ Вид закрепления - в патроне консольно ║
║ Вид СОЖ - на водной основе ║
║ Cтанок - 1М61
║
║
║
║
║
╚═════════════════════════════
╔══════════════════ Инструмент ═══════════════════╗
║ Материал режущей части - ВК6-М ║
║ Радиус при вершине резца (мм) ? 2 ║
║ Главный угол в плане (град) ? 45 ║
║ Вспомогат. угол в плане (град) ? 15 ║
║ Угол заострения (град) ? 78 ║
║ Сечение державки - прямоугольное ║
║ Ширина сечения (мм) ? 20 ║
║ Высота сечения (мм) ? 20 ║
║ Вылет резца (мм) ? 30 ║
║
║
║
║
╚═════════════════════════════
╔════════════════════ Деталь ═════════════════════╗
║ Материал детали - СЧ18-36 ║
║ Твердость материала (HB) ? 190 ║
║ Шероховатость поверхности (Rz) ? 20 ║
║ Состояние поверхности заготовки - без корки ║
║ Длина заготовки (мм) ? 360 ║
║ Диаметр под обработку (мм) ? 94.5 ║
║ Начальное положение резца (мм) ? 0.5 ║
║ Конечное положение резца (мм) ? 140.5 ║
║ Кол. наружн. ступеней (мм) ? 2 ║
║ Кол. внутр. ступеней (мм) ? 0 ║
║
║
║
╚═════════════════════════════
┌──────┬────────┬─────────────
| N, |Скорость|
Ограничение подачи по
|об/мин|резания
├─────────┬──────────┬────────
| | V, |точности |прочности |стойкости | мощности |шероховатости|
|
| м/мин ├─────────┴──────────┴────────
| | | S, ( мм/об ) |
├──────┼────────┼─────────┬───
|12.5 | 3.7 | 1.939 | 36.649 | 3.004 | 210.673 | 0.564 |
|16.0 | 4.7 | 1.939 | 36.649 | 3.037 | 151.587 | 0.564 |
|20.0 | 5.9 | 1.939 | 36.649 | 3.075 | 112.577 | 0.564 |
|25.0 | 7.4 | 1.939 | 36.649 | 3.123 | 83.606 | 0.564 |
|28.0 | 8.3 | 1.939 | 36.649 | 3.152 | 71.881 | 0.564 |
|35.5 | 10.5 | 1.939 | 36.649 | 3.224 | 52.382 | 0.564 |
|45.0 | 13.4 | 1.939 | 36.649 | 3.317 | 38.183 | 0.564 |
|56.0 | 16.6 | 1.939 | 36.649 | 3.426 | 28.526 | 0.564 |
|63.0 | 18.7 | 1.939 | 36.649 | 3.496 | 24.380 | 0.564 |
|80.0 | 23.7 | 1.939 | 36.649 | 3.666 | 17.730 | 0.564 |
|100.0 | 29.7 | 1.939 | 36.649 | 3.867 | 13.167 | 0.564 |
|125.0 | 37.1 | 1.939 | 36.649 | 4.113 | 9.779 | 0.564 |
|160.0 | 47.5 | 1.939 | 36.649 | 4.206 | 7.036 | 0.564 |
|200.0 | 59.3 | 2.004 | 37.877 | 4.206 | 5.400 | 0.564 |
|250.0 | 74.2 | 2.095 | 39.606 | 3.737 | 4.194 | 0.564 |
|315.0 | 93.5 | 2.194 | 41.479 | 3.094 | 3.227 | 0.564 |
|555.0 | 164.7 | 2.458 | 46.454 | 1.341 | 1.699 | 0.564 |
|450.0 | 133.5 | 2.357 | 44.546 | 1.969 | 2.154 | 0.564 |
|560.0 | 166.2 | 2.462 | 46.538 | 1.316 | 1.681 | 0.564 |
|710.0 | 210.7 | 2.582 | 48.800 | 0.737 | 1.285 | 0.564 |
|800.0 | 237.4 | 2.644 | 49.979 | 0.515 | 1.122 | 0.564 |
|1000.0| 296.7 | 2.765 | 52.260 | 0.227 | 0.871 | 0.564 |
|1250.0| 370.9 | 2.891 | 54.645 | 0.080 | 0.677 | 0.564 |
|1600.0| 474.8 | 3.037 | 57.411 | 0.018 | 0.512 | 0.564 |
└──────┴────────┴─────────┴───
Оптимальные режимы резания:
S, мм/об : 0.515
N, об/мин : 800.000
V, м/мин : 237.384
Машинное
время Т, мин : 0.340
Толщина пластинки твердого сплава не менее (мм): 1.002
Cpz = 92.000
Xpz = 1.000
Ypz = 0.750
Kpz = 0.771
Kv = 1.715
Сила резания
Pz = 43.110
Максимальная производительность процесса будет достигаться при таких значениях частоты вращения шпинделя и подаче, при которых время обработки будет минимальным. Наименьшее время обработки Т = 0,340 мин достигается при частоте вращения шпинделя n = 800 об/мин и подаче S = 0,515 мм/об. При этом скорость резания V = 237,384 м/мин. Режимы резания, определённые табличным и аналитическим методами, указаны в таблице 7.
Таблица 7
Режимы резания
Параметр |
Величина | |
Табличный метод |
Аналитический метод | |
Глубина резания t, мм |
1 |
1 |
Подача S, мм/об |
0,42 |
0,515 |
Частота вращения n, об/мин |
450 |
800 |
Скорость резания V, м/c |
2,23 |
3,91 |
Машинное время T, мин |
0,88 |
0,340 |
