Теория резания
ВВЕДЕНИЕ
Понятие «режущий инструмент» подразумевает орудие труда, с помощью
которого осуществляется процесс резания. Современный режущий инструмент - это
неотъемлемая часть механической или автоматической системы, осуществляющей
формообразование без участия физического труда человека или сводящей этот труд
к минимуму. Как составная часть системы , инструмент оказывает решающее
воздействие на ее эффективность, на пути дальнейшего ее совершенствования.
Большинство деталей машин из различных материалов приобретает
окончательную форму и размеры в результате механической обработки. Важная роль
в этом принадлежит обработке материалов резанием, особенно в случаях, когда
требуется получить детали с высокой точностью и малой шероховатостью
обработанных поверхностей. Для того чтобы такая обработка была
производительной, экономичной и обеспечивала высокое качество изготовленных
деталей, необходимо знать основные закономерности процесса резания, на
основании которых можно сознательно управлять процессами, протекающими в его
зоне. Поскольку обработка может выполняться различными режущими инструментами
из разнообразных инструментальных материалов и с различными геометрическими
параметрами, изучение закономерностей процесса резания следует проводить
неотрывно от установления основных путей совершенствования режущего
инструмента.
Развитие машиностроения тесно связано с совершенствованием конструкций
технологических машин, металлорежущих станков и в частности режущего
инструмента.
От качества, надёжности и работоспособности режущих инструментов,
применяемых в машиностроении, в значительной степени зависит качество и
точность детали, её шероховатость, производительность и эффективность процесса
обработки, в особенности в наше время, при использовании инструмента в
автоматизированном производстве в условиях гибких производственных систем.
В современном машиностроении обработка резанием является главным
технологическим методом, обеспечивающим высокое качество и точность
обрабатываемых поверхностей деталей. Эффективность машиностроения должна
повыситься за счет изменения структуры парка металлообрабатывающего
оборудования.
1. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ НАЛАДКИ ДЕТАЛИ
.1 Маршрутная технология
Для изготовления данной детали задан материал сталь 40Х.
. Заготовительная.
Заготовку получаем путем резки на комплексе для плазменной резки CNC OPTI HYPGRTHERM POWER MAX 1650, размер заготовки 145х145, отверстие Ø 104.
. Фрезерная. СС2В05ПМФ4.
Фрезеровать в размер 140х140, 4 фаски 10х450.
. Токарная. 16К20.
Расточить отверстие Ø108.
Точить поверхность, выдерживая размеры 15, 3, Ø123, Ø129.
. Сверлильная. СС2В05ПМФ4.
Сверлить 4 отверстия Ø18.
1.2 Выбор инструмента и режимов резания
Переход 1. Для получения заготовки на комплексе плазменной резки вырезаем
заготовку 145х145 с отверстием Ø 104, из материала - 
.
Переход 2. Заготовку детали полученную путем плазменной резки,
устанавливаем на многоцелевой станок с ЧПУ СС2В05ПМФ4 для обработки торцев и
снятия 4 фасок 10х10.
Обработка производится фрезой SOF45 8/16-D050-06-22R (номер в каталоге 3104594). Диаметр фрезы 63 мм, главный
угол в плане 450, 22 тип хвостовика, длинна инструмента 40 мм (рисунок 1).
Режущая пластина - пластина с зачистной кромкой ONHU 0505AN-R-W (номер в каталоге 5606284), количество режущих кромок - 8,
марка сплава IC808, размер зачистной кромки 4,5 мм
(рисунок 2).
Рисунок 1. Торцевая фреза SOF45 8/16-D050-06-22R
Рисунок 2. Пластина с зачистной кромкой ONHU 0505AN-R-W
Для установки фрезы в станок используем оправку DIN2080 40 SEM22x27 (рисунок 3).
Рисунок 3. Оправка для фрезы
Переход 3. На станке 16К20 растачиваем отверстие до Ø108, используя расточной резец со
сменной пластиной. Державка S25T MULNR-12MW
(номер в каталоге 3602040), Ø 25 мм, L2 max 45. Режущая
пластина CNMG 120408-WG (номер в каталоге 5508207), марка сплава IC8150, режущая кромка WG, угловой радиус 0,8, количество
режущих кромок - 4.
Переход 4. На станке 16К20 подрезаем торец выдерживая размеры 15, 12 с
образованием фаски 3х450 по Ø123 используя проходной резец.
Используем квадратную державку DSSNR
2525M-12 (номер в каталоге
3602082),Н=25мм. Пластина SNMG
120408-TF (номер в каталоге 5508125), марка
сплава IS8250, режущая кромка TF, угловой радиус 0,8, количество
режущих кромок 8.
Переход 5. Рассверливаем отверстия Ø18 на многоцелевом станке с ЧПУ
СС2В05ПМФ4. Используем сверло DCN
180-027-25A-1.5D (номер по каталогу 3202500) со съемной головкой, величина
вылета 55,5, диаметр фланца 32. Съемная головка ICP180 (номер в каталоге 5506640), марка сплава IC908, Ø18.
Для установки сверла на станок используем оправку DIN69871 40 HYDRO S25x117.
1.3 Расчет режимов резания
Производим расчет режимов резания по справочнику Барановский Ю.В. «Режимы
резания материалов».
1.3.1 Расчет режимов резания при фрезеровании
Для расчета принимаем режущую пластину из стали Т15К6.
I.
Определяем длину рабочего хода Lр.х.
и среднюю ширину фрезерования bср.
где,
- длина резания, равная длине обработки, измеренной в
направлении резания;
у - длина поворота, врезания и перебега инструмента (принимаем у=24 по
таблице стр.301 [1]);
- дополнительная длина хода, вызванная особенностями наладки
и конфигурации детали (в нашем случае не используется).
Определяем bср.
где, F - площадь фрезеруемых поверхностей
(140х100=14000).
.
II.
Определяем рекомендуемую подачу на зуб фрезы по нормативам sz в мм/зуб.
По карте Ф-2 [1], стр.85 принимаем sz=0,2.
III.
Определяем стойкость инструмента по карте Ф-3 [1], стр.87 :
где,
- стойкость фрезы в минуту, при D=63, 
= 120 [1], стр.87;
- коэффициент учитывающий количество инструментов в наладке,
в нашем случае =1;
- коэффициент времени резания инструмента
мин.
IV.
Определяем скорость резания υ в м/мин, число оборотов шпинделя n в мин, минутную подачу sм в мм/мин.
а) Определение рекомендуемой скорости резания нормативами:
,
Где К1 - коэффициент зависящий от размера обработки стр.96 [1], принимаем
К1=1,1;
К2 - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала таблица стр.100
[1], принимаем К2=0,75;
К3 - коэффициент зависящий от стойкости и материала инструмента стр.100
[1], принимаем К3=1;
принимаем 
=35 м/мин, карта Ф-4 стр.96.
б) Рассчитываем число оборотов шпинделя
Принимаем уточненные по паспорту станка n=125 
в) Уточняем скорость резания по принятым оборотам шпинделя:
где,
- число зубьев фрезы.
мм/мин.
Принимаем уточненные по паспорту станка 125 мм/мин.
V.
Рассчитываем основное машинное время обработки tм в мин.
. Производим расчет подачи на зуб фрезы sz в мм/зуб по принятым режимам резания
VII.
Производим расчеты по мощности резания:
Определяем по нормативам потребной мощности Nрез в кВт по карте Ф-5 [1], стр.101
Где Е - величина определяемая по таблице стр.102 [1], Е=0,5;
t -
глубина резания;
К1 - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала стр.103 [1],
принимаем К1=1,2;
К2 - коэффициент зависящий от типа фрезы и скорости резания стр.103 [1],
принимаем К2=1;
0,57 кВт
1.3.2 Расчет режимов резания при растачивании
отверстия резцом
Для расчета принимаем режущую пластину из стали Т15К6.
Обработка отверстия предварительно вырезанного на плазме до Ø102 мм.
I.
Определяем длину рабочего хода суппорта.
где,- длина резания, равная длине обработки, измеренной в
направлении резания 
;
у - длина поворота, врезания и перебега инструмента (принимаем у=6 по
таблице стр.300 [1]);
- дополнительная длина хода, вызванная особенностями наладки
и конфигурации детали (в нашем случае не используется).
II.
Назначение подачи суппорта на оборот шпинделя:
а) Определяем рекомендуемую подачу по нормативам по карте Т-2 по таблице
стр.23 [1], для стали при 
= 3+20=23 мм (где t и b глубина и ширина резания), принимаем
s0=0,25 мм.
б) уточняем подачу про паспорту станка: принимаем продольную подачу s0=0,25 мм, поперечную подачу
принимаем s0=0,25 мм.
III.
Определяем стойкость инструмента по карте Т-3 [1], стр.26 :
где, - стойкость в минутах машинной работы станка (по таблице
стр.26 [1]) принимаем = 50;
- коэффициент времени резания инструмента
IV.
Определяем скорость резания υ в м/мин, число оборотов шпинделя n в мин.
а) Определение рекомендуемой скорости резания нормативами:
принимаем =105 м/мин, карта Т-4 стр.30.
К1 - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала таблица стр.32
[1], принимаем К1=0,75;
К2 - коэффициент зависящий от стойкости и марки инструмента таблица стр.33
[1], принимаем К2=1,55;
К3 - коэффициент зависящий от вида обработки таблица стр.34 [1],
принимаем К3=1;
б) Рассчитываем число оборотов шпинделя:
Принимаем уточненные по паспорту станка n=315 .
б) Уточняем скорость резания по принятым оборотам шпинделя:
V.
Рассчитываем основное машинное время обработки tм в мин.
VI.
Расчет силы резания в кг карта Т-5 стр.35
принимаем 
=210 кг, карта Т-5 стр.35.
К1 - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала таблица стр.36
[1], принимаем К1=1,15;
К2 - коэффициент зависящий от скорости резания таблица стр.36 [1],
принимаем К2=1;
кг
1.3.3 Расчет режимов резания при точении
поверхности резцом
Для расчета принимаем режущую пластину из стали Т15К6.
I.
Определяем длину рабочего хода суппорта.
где,- длина резания, равная длине обработки, измеренной в
направлении резания 
;
у - длина поворота, врезания и перебега инструмента (принимаем у=6 по
таблице стр.300 [1]);
- дополнительная длина хода, вызванная особенностями наладки
и конфигурации детали (в нашем случае не используется).
II.
Назначение подачи суппорта на оборот шпинделя:
а) Определяем рекомендуемую подачу по нормативам по карте Т-2 по таблице
стр.23 [1], для стали при = 2+38=40 мм (где t и b глубина и ширина резания), принимаем
s0=0,2 мм.
б) уточняем подачу про паспорту станка: принимаем продольную подачу s0=0,2 мм, поперечную подачу принимаем
s0=0,2 мм.
III.
Определяем стойкость инструмента по карте Т-3 [1], стр.26
где, - стойкость в минутах машинной работы станка (по таблице
стр.26 [1]) принимаем = 50;
- коэффициент времени резания инструмента
IV.
Определяем скорость резания υ в м/мин, число оборотов шпинделя n в мин.
а) Определение рекомендуемой скорости резания нормативами
принимаем =120 м/мин, карта Т-4 стр.29.
К1 - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала таблица стр.32
[1], принимаем К1=0,75;
К2 - коэффициент зависящий от стойкости и марки инструмента таблица
стр.33 [1], принимаем К2=1,55;
К3 - коэффициент зависящий от вида обработки таблица стр.34 [1],
принимаем К3=1;
б) Рассчитываем число оборотов шпинделя:
Принимаем уточненные по паспорту станка n=200 .
в) Уточняем скорость резания по принятым оборотам шпинделя
V.
Рассчитываем основное машинное время обработки tм в мин.
VI.
Расчет силы резания в кг карта Т-5 стр.35 [1]
принимаем =120 кг, карта Т-5 стр.35.
К1 - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала таблица стр.36
[1], принимаем К1=0,85;
К2 - коэффициент зависящий от скорости резания таблица стр.36 [1],
принимаем К2=1;
кг
1.3.4 Расчет режимов резания при сверлении
Для расчета принимаем режущую пластину из стали Т15К6.
I.
Определяем длину рабочего хода.
где,- длина резания, равная длине обработки, измеренной в
направлении резания 
;
у - длина поворота, врезания и перебега инструмента (принимаем у=8 по
таблице стр.303 [1]);
- дополнительная длина хода, вызванная особенностями наладки
и конфигурации детали (в нашем случае не используется).
II.
Назначение подачи суппорта на оборот шпинделя:
а) Определяем рекомендуемую подачу по нормативам по карте С-2 по таблице
стр.111 [1], для стали принимаем s0=0,4
мм/об.
б) уточняем подачу про паспорту станка: принимаем s0=0,4 мм.
III.
Определяем стойкость инструмента по карте С-3 [1], стр.114
где, - стойкость в минутах машинной работы станка (по таблице
стр.114 [1]) принимаем = 40;
- коэффициент времени резания инструмента
мин.
IV.
Определяем скорость резания υ в м/мин, число оборотов шпинделя n в мин-.
а) Определение рекомендуемой скорости резания нормативами
принимаем =21 м/мин, карта С-4 стр.115.
К1 - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала таблица стр.116
[1], принимаем К1=0,75;
К2 - коэффициент зависящий от стойкости инструмента таблица стр.116 [1],
принимаем К2=1,4;
К3 - коэффициент зависящий от отношения длины резания к диаметру таблица
стр.117 [1], принимаем К3=1;
б) Рассчитываем число оборотов шпинделя:
Принимаем уточненное число оборотов по паспорту станка n=315 .
в) Уточняем скорость резания по принятым оборотам шпинделя
V.
Рассчитываем основное машинное время обработки tм в мин.
VI.
Рассчитываем осевую силу резания С-5 стр.124
принимаем 
=950 кг, таблица стр.124.
Кр - коэффициент зависящий от обрабатываемого материала таблица стр.126
[1], принимаем К1=1,1;
VII.
Определяем мощность резания карта С-6 стр.126.
принимаем 
=6,7 кВт, таблица стр.127.
КN - коэффициент зависящий от
обрабатываемого материала таблица стр.128 [1], принимаем КN=1,1;
кВт
Вывод
Внедрение новых инструментальных материалов в качестве материала для
режущей части инструмента каждый раз сопровождалось переоснащением всей системы
станок - инструмент - приспособление - деталь, повышением быстроходности и
мощности станков, повышением точности и жесткости приспособлений, значительным
скачком в повышении производительности труда. Вместе с тем нельзя забывать и о
том, что инструмент является неотъемлемой частью технологической системы, в
которой все составные части взаимосвязаны и должны гармонично сочетаться. Это
особенно важно при установившемся характере производства, когда внедрение новых
совершенных видов инструментов не может часто обеспечить эффективное их
использование без модернизации других составных частей технологической системы.
Так, использование современных сверхтвердых инструментальных материалов в
инструменте, работающем на станках с малой жесткостью, точностью, недостаточной
быстроходностью, снижает , а иногда и сводит к нулю все потенциальные
возможности материала.
При выборе инструмента для обработки конкретных изделий в определенных
условиях эксплуатации оптимальным с точки зрения повышения производительности
труда, работоспособности, качества обработки в большинстве случаев будет тот
инструмент, который специально создан для этих условий. В других условиях такой
инструмент уже нельзя будет назвать оптимальным; более оптимальным станет инструмент,
созданный специально для новых условий эксплуатации. Практика металлообработки
может назвать миллионы разнообразных условий эксплуатации, однако в большинстве
случаев для всего разнообразия условий используют ограниченное число
наименований инструмента. Это оправдано тогда, когда затраты на создание и
эксплуатацию специального инструмента не могут окупиться эффектом от его
преимущества.
В этом случае целесообразно применение более дешевого, универсального с
точки зрения области использования инструмента. Универсальный инструмент -
инструмент общего, достаточно широкого назначения, способный успешно
удовлетворять потребности металлообработки.
Удельный вес инструмента общего назначения в общем объеме выпуска
инструмента составляет большую часть. Поэтому основное внимание уделяется
инструменту общего назначения, его особенностям, методам повышения
эффективности использования.
Одной из таких особенностей является способность инструмента к
трансформации путем изменения его геометрических и других параметров
непосредственно перед эксплуатацией. Правомерность этого подтверждается тем,
что инструмент общего назначения всегда имеет несколько периодов стойкости и,
как правило, перетачивается потребителями. И от того, насколько безболезненно,
с минимальными затратами данный инструмент общего назначения может во время
переточек усовершенствоваться, во многом зависит общая (с учетом всех
переточек) эффективность его использования. Возможность трансформироваться -
одна из обязательных особенностей инструмента общего назначения.
заготовка
деталь резец фрезерование
Список литературы
1.
Барановский Ю.В. Режимы резание металлов. Справочник. - Изд.3-е. перераб. и
доп. - М., «Машиностроение» 1972г.408 с.
. Нефедов
Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему
инструменту.- 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1990.-448с., ил.
. Косилова
А.Г., Мещерякова Р.К. Справочник технолога - машиностроителя. 2 том., -
Изд.4-е. перераб. и доп. - М., «Машиностроение» 1985г.496 с., ил.