Расчет наивыгоднейших режимов резания
Министерство
образования и науки, молодежи и спорта Украины
Национальный
технический университет
Харьковский
политехнический институт
Кафедра
интегрированных технологий машиностроения им. М.Ф. Семко
Курсовая
работа
Расчет
наивыгоднейших режимов резания
Выполнил Шестаков
Г.Р.
студент гр.
МШ-11б
Преподаватель:
Узунян М.Д.
Харьков -
2014
Содержание
Данные
расчета
Паспортные
данные станка
Полный
аналитический расчет режимов резания
Табличный
расчет режимов резания
Построение
номограммы
Список
использованной литературы
Данные расчета
Произвести расчет наивыгоднейшего режима
резания:
Материал детали Сталь20, δв=500МПа;
Заготовка прокат предварительно обработанный
Закрепление детали в центрах
Чистота поверхности Rz=20мкм
(обтачивание получистовое)
Диаметр детали 66мм
Длина детали 340мм
Глубина резания 1мм
Материал резца Т15К6
Сечение резца (bxh)16х25
Охлаждение без охлаждения
Станок токарно-винторезный модели 16К20
Паспортные данные станка 16К20
Высота центров 215мм
Расстояние между центрами 2000мм
Высота от опорной поверхности резца до линии
центров 25мм
Наибольший диаметр обрабатываемой детали 400 мм
Мощность электродвигателя главного движения 10
кВт
КПД станка 0,75
Наибольшее усилие, допускаемое механизмом
продольной подачи 6 кН
Значения продольных подач суппорта мм/об: 0,05;
0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,36; 0,4; 0,5;
0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8.
Частота вращения шпинделя и наибольший
допускаемый момент на шипинделе предоставлены в таблице 1.
Таблица
1
Частота вращения шпинделя и наибольший
допускаемый момент на шпинделе
Номер
ступени
|
Частота
вращения шпинделя
|
Наибольший
допустимый момент на шпинделе
|
1
|
12,5
|
1300
|
2
|
16
|
1300
|
3
|
20
|
1300
|
4
|
25
|
1300
|
5
|
31,5
|
1300
|
6
|
40
|
1300
|
7
|
50
|
1300
|
8
|
63
|
1090
|
9
|
80
|
855
|
10
|
100
|
670
|
11
|
125
|
530
|
12
|
160
|
405
|
13
|
200
|
380
|
14
|
250
|
300
|
15
|
315
|
240
|
16
|
400
|
180
|
17
|
500
|
146
|
18
|
630
|
114
|
19
|
800
|
90
|
20
|
1000
|
70
|
21
|
1250
|
55,5
|
22
|
1600
|
41,8
|
Полный аналитический расчет режимов
резания
Выбираем геометрические параметры резца:
Форма передней поверхности-плоская с фаской,
γ=-5˚,
α=8˚,
φ=45˚, φ1=10˚,
f=0.05мм, r=1,5мм.
. Глубина резания
Так как припуск невелик и нет особых требований
к шероховатости и точности обработки, то срезаем его за один проход. Принимаем
t = 1 мм, что обеспечивает чистоту обработки Rz = 20 мкм.
. Подача
.1 Подача, допускаемая прочностью державки резца
- .
Рисунок 1. Схема крепления резца в державке
Из условия прочности державки резца изгибаемого
силой (с
моментом ),
определяем подачу:
где ,
(для незакаленной державки), , .
По таблицам справочников и приложения к
руководству выполнения курсового проекта находим значения коэффициента ,
и показателей степеней и :
.
Там же находим поправочные коэффициенты:
где
- коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и рассчитывается по
формуле:
- поправочный
коэффициент, зависящий от главного угла в плане (φ = ),
- поправочный
коэффициент, зависящий от переднего угла (γ =)
- поправочный
коэффициент, зависящий от скорости резания
- коэффициент,
зависящий от износа по задней границе,
- коэффициент,
зависящий от радиуса при вершине (r
= 1,5мм).
.2 Подача, допускаемая жесткостью резца - .
Рисунок 2. Изгиб резца действием силы Pz.
Из условия предельно допустимого прогиба f,
вызываемого силой , определяем подачу
где прогиб
для чистовой обработки
, модуль упругости
для стали
.3 Подача, допускаемая прочностью
твердосплавной пластинки -
Пластинка выдерживает максимальную нагрузку.
Которая может быть определена по следующей эмпирической формуле:
где -
толщина пластинки, принимаем .
Чтобы пластинка не разрушилась нужно выполнить
условие
2.4 Подача, допускаемая прочностью механизма
подач станка -
Механизм подач должен преодолевать силу Q,
которая состоит из силы и силы трения
суппорта о направляющие:
Сила, допускаемая прочностью механизма подач
станка ,
должна быть больше :
Из этих условий находим подачу
где ,
по паспортным данным станка
Рисунок 3. Действие сил резания на механизм
подач станка
.5 Подача, допускаемая жесткостью детали
Под действием сил резания заготовка изгибается,
в результате чего понижается точность формы. При закреплении в центрах деталь
получается бочкообразной. В зависимости от величины прогиба, вызванного силой
Из этого соотношения находим подачу:
где -
длина детали
- коэффициент,
зависящий от способа закрепления детали. При закреплении в патроне
длячистовой
обработки
Рисунок 4. Схема установки детали в патроне
.6 Подача, допускаемая шероховатостью
обработанной поверхн.
Подачу выбираем в зависимости от заданной
шероховатости поверхности (справочные таблицы). Для шероховатости обработки Rz
= 20 мкм рекомендуется подача 0,35 ÷ 0,55 мм/об.
Принимаем S = 0,5 мм/об.
Учитывая поправочные коэффициенты на
обрабатываемый материал и на радиус при вершине, получим:
Kм.s
= 0,75
мм/об.
Sш.п. = 0,375
мм/об.
2.7 Подача, допускаемая мощностью (крутящим
моментом) станка
Мощность, затрачиваемая на резание
должна быть равна или меньше мощности на
шпинделе станка
где ,
мощность станка по паспортным данным
, КПД станка по
паспортным данным
, диаметр заготовки
- частота вращения
шпинделя по паспортным данным станка для каждой ступени.
Иногда в паспорте станка приводятся данные по
крутящему моменту
станка:
Откуда подача равна:
б
резец пластинка мощность станок
2.8 Подача, допускаемая стойкостью резца
Значение коэффициента ,
показателей степеней , ,
,
а также величину наивыгоднейшей стойкости берем
из приложения , ,,
,
Поправочный коэффициент, который учитывает
влияние обрабатываемого материала
где
- коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала
=0,8-коеффициент,
зависящий от состояния материала
-коеффициент
состояния поверхности заготовки, без корки
- поправочный
коэффициент, зависящий от главного угла в плане (φ = ),
- поправочный
коэффициент, зависящий от вспомагательного угла в плане (φ
1=),
его не учитываем
- поправочный
коэффициент, зависящий от марки инструментального материала, для Т15К6
- коэффициент,
зависящий от формы передней грани, плоская или радиусная с фаской
- коэффициент,
зависящий от радиуса при вершине (r
= 1,5мм).
Результаты расчета сводим в таблицу. В качестве
технологической подачи на каждой ступени берется наименьшая из расчетных. Она
корректируется по паспортным данным станка и принимается ближайшее значение.
После этого сравнивается производительность на каждой ступени по произведению .
И выбирается наивыгоднейший режим.
По числу оборотов рассчитываем скорость резания:
Таблица
2
Сводные данные
№
ступени
|
Числа
оборотов n, об/мин
|
Крутящий
момент
|
Подача
допускаемая
|
Технологич.
подача расчетная
|
Фактич.
подача
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
12,5
|
1300
|
10,17
|
14,4
|
2,01
|
20,,78
|
34,52
|
0,375
|
75,32
|
5000096
|
0,375
|
|
4,5
|
2
|
16
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
75,32
|
2195896,12
|
0,375
|
|
5,76
|
3
|
20
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
75,32
|
1043706,4
|
0,375
|
|
7,2
|
4
|
25
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
75,32
|
496072,3
|
0,375
|
|
9
|
5
|
31,5
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
75,32
|
229602,4
|
0,375
|
|
11,34
|
6
|
40
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
75,32
|
103548,79
|
0,375
|
|
14,4
|
7
|
50
|
1300
|
|
|
|
|
|
|
75,32
|
49216,6
|
0,375
|
|
18
|
8
|
63
|
1240
|
|
|
|
|
|
|
59,56
|
22779
|
0,375
|
|
22,68
|
9
|
80
|
975
|
|
|
|
|
|
|
43,08
|
10273,3
|
|
28,8
|
10
|
100
|
780
|
|
|
|
|
|
|
31,13
|
4883
|
0,375
|
|
36
|
11
|
125
|
620
|
|
|
|
|
|
|
22,74
|
2320,8
|
0,375
|
|
45
|
12
|
160
|
490
|
|
|
|
|
|
|
15,91
|
1019,2
|
0,375
|
|
56
|
13
|
200
|
390
|
|
|
|
|
|
|
14,61
|
484,4
|
0,375
|
|
72
|
14
|
250
|
310
|
|
|
|
|
|
|
10,66
|
230
|
0,375
|
|
90
|
15
|
315
|
260
|
|
|
|
|
|
|
7,92
|
106,5
|
0,375
|
|
113,4
|
16
|
400
|
202
|
|
|
|
|
|
|
5,4
|
47,99
|
0,375
|
|
144
|
17
|
500
|
154
|
|
|
|
|
|
|
4,08
|
22,81
|
0,375
|
|
180
|
18
|
630
|
120
|
|
|
|
|
|
|
2,94
|
10,56
|
0,375
|
|
226,8
|
19
|
800
|
93
|
|
|
|
|
|
|
2,14
|
4,76
|
0,375
|
|
288
|
20
|
1000
|
70
|
|
|
|
|
|
|
1,53
|
2,27
|
0,375
|
|
360
|
21
|
1250
|
55
|
|
|
|
|
|
|
1,124
|
1,076
|
0,375
|
|
450
|
22
|
1600
|
41.8
|
|
|
|
|
|
|
0,77
|
0,437
|
0,375
|
|
576
|
Табличный расчет
режимов резания
Пользуемся справочником «Режимы резания черных
металлов инструментом, оснащенным твердым сплавом» (Машгиз, 1958 г.).
Глубина резания.
Глубину резания выбираем точно так же, как и при
расчете по полному методу. Принимаем t
= 1 мм;
Подача.
Подачу выбираем в зависимости от заданной
шероховатости поверхности (справочные таблицы). Для шероховатости обработки Rz
= 20 мкм рекомендуется подача 0,35 ÷ 0,55 мм/об.
Принимаем S = 0,5 мм/об.
Учитывая поправочные коэффициенты на
обрабатываемый материал и на радиус при вершине, получим: Kм.s
= 0,75
мм/об.
Корректируем по станку, принимаем:
S = 0,36
мм/об.
Скорость резания
Скорость резания выбираем по
справочным материалам в зависимости от глубины подачи, от прочности
обрабатываемого материала.
Так как принятых нами значений
глубины и подачи в справочной таблице нет, то пользуемся ближайшими имеющимися,
т. е. выбираем скорость резания для t = 1,4мм и S =
0,38мм/об.
V = 330
м/мин.
Величину выбранной по таблице
скорости резания уточняем, пользуясь поправочными коэффициентами. Берём их
такими же, как и при расчете по полному методу.
- коэффициент, зависящий от
обрабатываемого материала
=0,8-коеффициент, зависящий от
состояния материала
-коеффициент состояния поверхности
заготовки
- поправочный коэффициент,
зависящий от главного угла в плане (φ = ),
- поправочный коэффициент,
зависящий от вспомогательного угла в плане (φ 1= ),его не
учитываем
- поправочный коэффициент,
зависящий от марки инструментального материала, для Т15К6
- коэффициент, зависящий от формы
передней грани, плоская или радиусная с фаской
- коэффициент, зависящий от радиуса
при вершине (r = 1,5мм).
Кh=1-коэффициент
износа по задней поверхности резца
Вводим поправочные коэффициенты на
глубину резания и на подачу так, как в таблице нет точных значений.
Имея эти данные, находим общий поправочный
коэффициент Kv:
Имея эти данные, находим общий
поправочный коэффициент Kv:
Определяем скорость резания:
м/мин.
По скорости резания рассчитываем
число оборотов:
об/мин.
Корректируя по станку, получим:
n =
1600об/мин.
Откуда м/мин.
Мощность и сила резания
Выбранный режим резания (t = 1 мм; S = 0,36
мм/об; n = 1600
об/мин.; V =
331,5м/мин.) проверяем по мощности станка.
Для этого воспользуемся справочными
таблицами и картами. Так как в карте нет точных значений, принятых нами t и S,
воспользуемся ближайшими большими.
При t до 2,0 мм, S = 0,3 мм/об
и V =300 м/мин
мощность резания составляет 3,4 кВт, что меньше мощности станка на шпинделе.
кВт.
Более точную проверку производим по
формуле:
кВт.
Н.
,9 кВт ≤ 7,5 кВт
Следовательно, мощность станка
достаточна.
Окончательно принимаем следующий
режим резания:
t = 1мм;
S = 0,36 мм/об;
n = 1600 об/мин;
V = 331,6 м/мин.
Построение номограмм
) В первом квадранте строим номограмму для
зависимости
По таблицам справочника берем значения
коэффициентов и показателей степеней Сpz=214, xpz=1, ypz=0,75;
Kpz=0,72.
Задаваясь различными значениями глубины (при S=1
мм/об), будем иметь различные значения силы:
t1=0,5 мм
|
S=1мм/об
|
Pz1=0,77
|
t2=1мм
|
S=1мм/об
|
Pz2=1541
|
t3=1,5мм
|
S=1мм/об
|
Pz3=2,312
|
t4=2мм
|
S=1мм/об
|
Pz4=3,082
|
t5=3мм
|
S=1мм/об
|
Pz5=4,623
|
t6=4мм
|
S=1мм/об
|
Pz6=6,164
|
t7=5мм
|
S=1мм/об
|
Pz7=7,705
|
t8=6мм
|
S=1мм/об
|
Pz8=9,246
|
t9=7мм
|
S=1мм/об
|
Pz9=10,487
|
t10=8мм
|
S=1мм/об
|
Pz10=12,328
|
На оси координат откладываем значение силы Pz,
на оси абсцисс значение подачи S.zmax берем из условия прочности
станка:
zmin
- рассчитываем, считая, что наименьшая глубина резания будет, примерно, 0,5 мм,
а наименьшая подача (по станку) - 0,05 мм/об.
Принимаем диапазон сил для первого квадранта
-0,7…15кН.
Диапазон подач берем по станку - 0,05…4,16
мм/об.
На линии ординат (при S=1 мм/об) откладываем
значения полученных сил и через соответствующие точки проводим прямые линии под
углом α=37˚.
(tgα=ypz).
) Во втором квадранте строим номограмму для
зависимости:
Коэффициенты и показатели степени выбираем по
справочникам так же, как и при полном расчете.v
= 292; xv=0,15;
yv=0,3;
T=45 мин; mv=0,18;
Kv=1,7;
Задаваясь различными значениями глубины (при
S=0,5мм/об), получим различные значений скорости.
t1=0,5мм
|
S=0,5
мм/об
|
V1=341,76м/мин
|
t2=1мм
|
S=0,5
мм/об
|
V2=308,01
м/мин
|
t3=1,5мм
|
S=0,5
мм/об
|
V3=289,92м/мин
|
t4=2мм
|
S=0,5
мм/об
|
V4=277,59
м/мин
|
t5=3мм
|
S=0,5
мм/об
|
V5=261,2м/мин
|
t6=4мм
|
S=0,5
мм/об
|
V6=250,18м/мин
|
t7=5мм
|
S=0,5
мм/об
|
V7=241,95м/мин
|
t8=6мм
|
S=0,5
мм/об
|
V8=235,42м/мин
|
t9=7мм
|
S=0,5
мм/об
|
V9=230,04м/мин
|
t10=8мм
|
S=0,5
мм/об
|
V10=225,48м/мин
|
На линии ординат (при S=0,5 мм/об) откладываем
значения полученных скоростей и через соответствующие точки проводим прямые
линии, наклоненные к оси абсцисс под углом tgα=yυ=16,7=17˚.
Квадрант строим с диапазоном скоростей,
рекомендуемых справочником
). В третьем квадранте строим номограмму для
зависимости:
Подставляя в формулу различные значения чисел
оборотов (при D=100 мм), получаем соответствующие значения скоростей:
На линии ординат (при D=100 мм) откладываем
найденные значения скоростей и через соответствующие точки проводим прямые
линии, наклоненные к оси абсцисс под углом 45⁰.
n1=12,5
об/мин
|
D= 100мм
|
V
1=3,92
м/мин
|
n2=16 об/мин
|
D= 100мм
|
V2=5,02
м/мин
|
n3=20 об/мин
|
D= 100мм
|
V3=6,28
м/мин
|
n4=25 об/мин
|
D= 100мм
|
V4=7,85
м/мин
|
n5=31,5
об/мин
|
D= 100мм
|
V5=9,89
м/мин
|
n6=40 об/мин
|
D= 100мм
|
V6= 12,56
м/мин
|
n7=50 об/мин
|
D= 100мм
|
V7=15,7
м/мин
|
n8=63 об/мин
|
D= 100мм
|
V8= 19,78
м/мин
|
n9=80 об/мин
|
D= 100мм
|
V9=25,12
м/мин
|
n10=100 oб/мин
|
D= 100мм
|
V10=31,4
м/мин
|
n11=125
об/мин
|
D= 100мм
|
V11=39,25
м/мин
|
n12= 160 об/мин
|
D= 100мм
|
V12=50,24
м/мин
|
n13=200
об/мин
|
D= 100мм
|
V13=62,8
м/мин
|
n14=250
об/мин
|
D= 100мм
|
V14=78,5
м/мин
|
n15=315
об/мин
|
D= 100мм
|
V15=98,9
м/мин
|
n16=400
об/мин
|
D= 100мм
|
V16= 125,6
м/мин
|
n17=500
об/мин
|
D= 100мм
|
V17= 157 м/мин
|
n18=630
об/мин
|
D= 100мм
|
V18=197,8
м/мин
|
n19=800
об/мин
|
D= 100мм
|
V19=251,2
м/мин
|
n20=1000
об/мин
|
D= 100мм
|
V20 =314 м/мин
|
n21=1250
об/мин
|
D= 100мм
|
V21 =3 92,5
м/мин
|
n22=1600 об/мин
|
D= 100мм
|
V22 =502,4
м/мин
|
При построении этого квадранта диапазон скоростей
и масштаб берем такой же, как и для второго квадранта. Диапазон диаметров
принимаем:
). В четвертом квадранте строим номограмму для
зависимости:
Подставляя в формулу различные значения Мкр(при
D=100 мм), получим соответствующие допустимые значения Рz:
На линии ординат (при D=100 мм) откладываем
найденные значения сил Рz и через соответствующие точки проводим
прямые линии, наклоненные к оси абсцисс под углом 45⁰.
M1-7=1300кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz1-7=26
кHмм
|
M8=1090кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz8=21,8
кНмм
|
M9=855кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz9=17,1кНмм
|
M10=670кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz10=13,4кНмм
|
M11=530кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz11=10,6кНмм
|
M12=405кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz12=8,1кНмм
|
M13=380кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz13=7,6кНмм
|
M14=300кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz14=6,0кНмм
|
M15=240кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz15=4,8кНмм
|
D= 100мм
|
Pz16=3,6кНмм
|
M17=146кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz17=2,92кНмм
|
M18=114кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz18=2,3кНмм
|
M19=90кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz19=1,8кНмм
|
M20=70кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz20=1,4кНмм
|
M21=55,5Н·мм
|
D= 100мм
|
Pz21=1,11кНмм
|
M22=41,8кН·мм
|
D= 100мм
|
Pz22=0,84кНмм
|
При построении этого квадрата диапазон сил
резания (Рzmin…Рzmax) берем такими же, как для первого, а
диапазон диаметров (Dmin…Dmax) - как для третьего
квадранта.
Расчет наивыгоднейшего режима
резания на ЭВМ
Исходные данные
Модель станка:16К20
Диаметр детали: 66.000
Длина детали: 340.000
Допустимая величина прогиба детали, мм: 0.050
Коэффициент Mu, определяемый методом
закрепления: 100.0
Подача, мм/об: 0.375
Глубина резания, мм: 1.000
Период стойкости, мин: 45.00
Показатель степени при стойкости: 0,18
Размеры державки (ширина х высота), мм: 16.0
25.0
Толщина пластинки, мм: 4.0
Длина вылета инструмента, мм: 38.0
Допустимая величина прогиба инструмента: 0.05
Главный угол в плане, Phi: 45.0
Коэффициенты для расчета силы и скорости
резания:: 214.0: 0.72: 1.00: 0.75: 292.0: 1.80: 0.30: 0.15
Результаты расчетов:
Наивыгоднейший режим резания:= 1.000 мм;= 0.360
мм/об;= 1600.0 об/мин;= 331.8 м/мин.
Список литературы
1. Конспект
лекций по дисциплине “Теория резания”
2. Справочник
“Режимы резания черных металлов инструментом, оснащенным твердым сплавом”,
Москва, 1958 г.
. Учебник
для ВУЗов “Резание металлов”, Москва, 1985 г.