Расчет режимов резания при фрезеровании

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

Московский государственный агроинженерный университет

имени В.П. Горячкина

Баграмов Л.Г. Колокатов А.М.

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Методические рекомендации

Часть I - торцовое фрезерование

МОСКВА 2000

УДК 631

Расчет режимов резания при торцовом фрезеровании.

Методические рекомендации.

Составители: Л.Г. Баграмов, А.М. Колокатов - МГАУ, 2000. - ХХ с.

В части I методических указаний даны общие теоретические сведения о фрезеровании, изложена последовательность операций по расчёту режима резания при торцовом фрезеровании на основе справочных данных. Методические указания могут быть использованы при выполнении домашнего задания, в курсовом и дипломном проектировании студентами факультетов ТС в АПК, ПРИМА и Инженерно-педагогического, а также при проведении практических и научно-исследовательских работ.

Рис.9, табл.ХХ, список библ. - ХХ наименований.

Рецензент: Бочаров Н.И. (МГАУ)

Ó Московский государственный агроинженерный

     университет имени В.П. Горячкина. 2000.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Элементы теории резания

Фрезерование является одним из наиболее распространённых и высокопроизводительных способов механической обработки резанием. Обработка производится многолезвийным инструментом - фрезой.

При фрезеровании главное движение резания D_r - вращение инструмента, движение подачи D_S - перемещение заготовки (Рис. 1.), на карусельно - фрезерных и барабанно-фрезерных станках движение подачи может осуществляться вращением заготовки вокруг оси вращающегося барабана или стола, в отдельных случаях движение подачи может осуществляться перемещением инструмента (копировальное фрезерование).

Фрезерованием обрабатываются горизонтальные, вертикальные, наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенностью процесса резания при фрезеровании является то, что зубья фрезы не находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью всё время. Каждое лезвие фрезы последовательно вступает в процесс резания, изменяя толщину срезаемого слоя от наибольшей к наименьшей, или наоборот. Одновременно в процессе резания могут находиться несколько режущих кромок. Это вызывает ударные нагрузки, неравномерность протекания процесса, вибрации и повышенный износ инструмента, повышенные нагрузки на станок.

При обработке цилиндрическими фрезами (режущие кромки расположены на цилиндрической поверхности) рассматривается два способа обработки (Рис. 2.) в зависимости от направления движения подачи заготовки:

- встречное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, противоположно направлению движения подачи;

- попутное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, совпадает с направлением движения подачи.

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума, силы, действующие на заготовку, стремятся оторвать её от стола, а стол поднять. Это увеличивает зазоры в системе СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь), вызывает вибрации, ухудшает качество обработанной поверхности. Этот способ хорошо применим для обработки заготовок с коркой, производя резание из-под корки, отрывая её, тем самым значительно облегчая резание. Недостатком такого способа является большое скольжение лезвия по предварительно обработанной и наклёпанной поверхности. При наличии некоторого округления режущей кромки она не сразу вступает в процесс резания, а поначалу проскальзывает, вызывая большое трение и износ инструмента по задней поверхности. Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем больше относительная величина проскальзывания, тем большая часть мощности резания расходуется на вредное трение.

При попутном фрезеровании этого недостатка нет, но зуб начинает работу с наибольшей толщины срезаемого слоя, что вызывает большие ударные нагрузки, однако исключает начальное проскальзывание зуба, уменьшает износ фрезы и шероховатость поверхности. Силы, действующие на заготовку, прижимают её к столу, а стол - к направляющим станины, что уменьшает вибрации и повышает точность обработки.

1.2. Конструкция фрез.

Инструментом при фрезеровании являются фрезы (от французского la frais - клубника), представляющие собой многолезвийный инструмент, лезвия которого расположены последовательно в направлении главного движения резания, предназначенные для обработки с вращательным главным движением резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения.

Фрезы бывают:

по форме - дисковые, цилиндрические, конические;

по конструкции - цельные, составные, сборные и насадные, хвостовые;

по применяемому материалу режущей кромки - быстрорежущие и твердосплавные;

по расположению лезвий - периферийные, торцовые и периферийно-торцовые;

по направлению вращения - праворежущие и леворежущие;

по форме режущей кромки - профильные (фасонные и обкаточные), прямозубые, косозубые, с винтовым зубом;

по форме задней поверхности зуба - затылованные и незатылованные,

по назначению - концевые, угловые, прорезные, шпоночные, фасонные, резьбовые, модульные и др.

Рассмотрим элементы и геометрию фрезы на примере цилиндрической фрезы с винтовыми зубьями (Рис. 3.).

У фрезы различают переднюю поверхность лезвия А_γ, главную режущую кромку К, вспомогательную режущую кромку К', главную заднюю поверхность лезвия А_α, вспомогательную заднюю поверхность лезвия А'_α, вершину лезвия, корпус фрезы, зуб фрезы, спинку зуба, фаску.

В координатных плоскостях статической системы координат (Рис. 4.) рассматриваются геометрические параметры фрезы, среди которых γ, α - передний и задний углы в главной секущей плоскости, γ_Н - передний угол в нормальной секущей плоскости, ω - угол наклона зуба.

Передний угол γ облегчает образование и сход стружки, главный задний угол α способствует уменьшению трения задней поверхности по обработанной поверхности заготовки. У незатылованных зубьев передний угол выполняется в пределах γ = 10^о...30^о, задний угол α = 10^о...15^о в зависимости от обрабатываемого материала.

У затылованного зуба задняя поверхность выполняется по спирали Архимеда, что обеспечивает ему постоянство профиля сечения при всех переточках инструмента. Затылованный зуб перетачивается только по передней поверхности и выполняется, ввиду сложности, только у профильного инструмента (фасонного и обкаточного), т.е. форма режущей кромки которого определена формой обработанной поверхности. Передний угол затылованных зубьев выполняется, как правило, равным нулю, задний угол имеет значения α = 8^о...12^о.

Угол наклона зубьев ω обеспечивает более плавное вхождение лезвия в процесс резания по сравнению с прямыми зубьями и придаёт определённое направление сходу стружки.

Зуб торцовой фрезы имеет режущее лезвие более сложной формы. Режущая кромка состоит (Рис. 5.) из главной, переходной и вспомогательной, имеющие главный угол в плане φ, угол в плане переходной режущей кромки φ_п и вспомогательный угол в плане φ₁. Геометрические параметры фрезы рассматриваются в статической системе координат. Углы в плане это углы в основной плоскости Р_vc. Главный угол в плане φ - это угол между рабочей плоскостью Р_Sc и плоскостью резания Р_nc Величина главного угла в плане определяется исходя из условий резания как у токарного резца, при φ=0˚ режущая кромка становится только торцовой, а при φ=90˚ она становится периферийной. Вспомогательный угол в плане φ₁ - это угол между рабочей плоскостью Р_Sc и вспомогательной плоскостью резания Р'_nc, он составляет 5^о...10^о, а угол в плане переходной режущей кромки - половину от главного угла в плане. Переходное режущее лезвие повышает прочность зуба.

Износ фрез определяется, так же как и при точении, величиной износа по задней поверхности. Для быстрорежущей фрезы допустимая ширина изношенной ленточки по задней поверхности составляет при черновой обработке сталей 0,4...0,6 мм, чугунов - 0,5...0,8 мм, при получистовой обработке сталей 0,15...0,25 мм, чугунов - 0,2...0,3 мм. Для твёрдосплавной фрезы допустимый износ по задней поверхности составляет 0,5...0,8 мм. Стойкость цилиндрической быстрорежущей фрезы составляет Т = 30...320 мин, в зависимости от условий обработки, в некоторых случаях достигает 600 мин, стойкость твёрдосплавной фрезы Т= 90...500 мин.

Различают три вида фрезерования - периферийное, торцовое и периферийно - торцовое. К основным плоскостям и поверхностям, обрабатываемым на консольных фрезерных станках (Рис. 6.), относятся:

горизонтальные плоскости; вертикальные плоскости; наклонные плоскости и скосы; комбинированные поверхности; уступы и прямоугольные пазы; фасонные и угловые пазы; пазы типа "ласточкин хвост"; закрытые и открытые шпоночные пазы; пазы под сегментные шпонки; фасонные поверхности; цилиндрические зубчатые колёса методом копирования.

Горизонтальные плоскости обрабатываются цилиндрическими (Рис. 6. а) на горизонтально-фрезерных станках и торцовыми (Рис. 6. б) на вертикально-фрезерных станках фрезами. Поскольку у торцовой фрезы одновременно участвует в резании большее количество зубьев, обработка ими более предпочтительна. Цилиндрическими фрезами обрабатываются, как правило, плоскости шириной до 120 мм.

Вертикальные плоскости обрабатывают торцовыми фрезами на горизонтальных станках и концевыми - на вертикальных (Рис. 6. в, г).

Наклонные плоскости обрабатывают торцовыми и концевыми фрезами на вертикальных станках с поворотом оси шпинделя (Рис. 6. д, е), и на горизонтальных станка угловыми фрезами (Рис. 6. ж).

Комбинированные поверхности обрабатывают набором фрез на горизонтальных станках (Рис. 6. з).

Уступы и прямоугольные пазы обрабатывают дисковыми (на горизонтальных) и концевыми (на вертикальных) фрезами (Рис. 6. и, к), при этом концевые фрезы допускают большие скорости резания, так как одновременно участвует в работе большее количество зубьев. При обработке пазов дисковые фрезы предпочтительнее.

Фасонные и угловые пазы обрабатываются на горизонтальных станках фасонными, одно- и двухугловыми фрезами (рис. 6. л, м).

Паз типа "ласточкин хвост" и Т-образные пазы обрабатываются на вертикально-фрезерных станках, как правило, за два прохода, сначала концевой фрезой (или на горизонтально-фрезерном станке дисковой фрезой) обрабатывается прямоугольный паз по ширине верхней части. После этого окончательно паз обрабатывается концевой одноугловой и специальной Т-образной (Рис. 6. н, о) фрезой.

Закрытые шпоночные пазы обрабатываются концевыми фрезами, а открытые - шпоночными на вертикальных станках (Рис. 6. п, р).

Пазы для сегментных шпонок обрабатываются на горизонтально-фрезерных станках дисковыми фрезами (Рис. 6. с).

Фасонные поверхности незамкнутого контура с криволинейной образующей и прямолинейной направляющей обрабатываются на горизонтальных и вертикальных станках фасонными фрезами (Рис. 6. т).

Торцовое фрезерование - наиболее распространенный и производительный способ обработки плоских поверхностей деталей в условиях серийного и массового производства.

2. ТОРЦОВОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ.

2.1. Основные типы и геометрия торцовых фрез.

В большинстве случаев для обработки плоскостей открытых и углублённых применяются торцовые фрезы имеющие периферийные лезвия (Рис. 7.), т.е. работающие по принципу периферийно - торцовых. Конструкции торцовых фрез стандартизованы, основные типы которых приведены в табл.1 /ГОСТ ____-__, ____-__, ____-__, ____-__, ____-__, ____-__ /.

При обработке плоскостей этими фрезами, основную работу по удалению припуска выполняют режущие кромки, расположенные на конической и цилиндрической поверхности. Режущие кромки, расположенные на торце, производят как бы зачистку поверхности, поэтому шероховатость обработанной поверхности получается меньше, чем при фрезеровании цилиндрическими фрезами.

На Рис. 7. приведены геометрические параметры торцовой фрезы /ГОСТ 25762-83/. Зуб торцовой фрезы имеет две режущие кромки: главную и вспомогательную.

В основной          плоскости P_v рассматриваются углы в плане: главный угол в плане j, вспомогательный угол в плане j₁ и угол вершины ε. Главный угол в плане j - это угол между плоскостью резания P_n и рабочей плоскостью P_S. С уменьшением главного угла в плане при постоянной подаче на зуб и постоянной глубине резания толщина среза уменьшается, а ширина увеличивается, вследствие чего стойкость фрезы повышается. Однако работа фрезы с малым углом в плане (j £ 20⁰) вызывает возрастание радиальной и осевой составляющих сил резания, что при недостаточно жесткой системе СПИД приводит к вибрациям обрабатываемой заготовки и станка. Поэтому для торцовых твердосплавных фрез при жесткой системе и при глубине резания t = 3...4 мм принимают угол j = 10...30⁰. При нормальной жесткости системы - j = 45...60⁰; обычно принимают j = 60⁰. Вспомогательный угол в плане j₁ у торцовых фрез принимают равным 2...10⁰. Чем меньше этот угол, тем меньше шероховатость обработанной поверхности.

В главной секущей плоскости P_τ рассматриваются передний угол g и главный задний угол a. Передний угол g - это угол между основной плоскостью P_v и передней поверхностью А_γ, главный задний угол a - это угол между плоскостью резания Р_nи главной задней поверхностью А_α.

Передний угол g для торцовых твердосплавных фрез g = (+10⁰)...(-20⁰).

Главный задний угол a для торцовых твердосплавных фрез a = 10...25⁰.

В плоскости резания рассматривается угол наклона главной режущей кромки l. Это угол между режущей кромкой и основной плоскостью P_v. Он оказывает влияние на прочность зуба и стойкость фрезы. У торцовых твердосплавных фрез угол l рекомендуется выполнять в пределах от +5⁰ до +15⁰ при обработке стали и от -5⁰ до +15⁰ при обработке чугуна.

Угол наклона винтовых зубьев w обеспечивает более равномерное фрезерование и уменьшает мгновенную ширину среза при врезании. Этот угол выбирается в пределах 10...30⁰.

2.2. Выбор торцовой фрезы

2.2.1. Выбор конструкции фрезы.

При выборе конструкции (типа) фрезы предпочтительным является применение сборных конструкций фрез с неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава. Механическое крепление пластин дает возможность поворота их с целью обновления режущей кромки и позволяет использовать фрезы без переточки. После полного износа пластины она заменяется новой. Завод изготовитель снабжает каждую фрезу 8...10 комплектами запасных пластин. Весь комплект пластин можно заменить непосредственно на станке, при этом затрата времени на замену 10...12 ножей не превышает 5...6 минут.

2.2.2. Выбор материала режущей части.

Фрезы для работы при невысоких скоростях резания и малых подачах изготовляют из быстрорежущих и легированных сталей Р18, ХГ, ХВ9, 9ХС, ХВГ, ХВ5. Фрезы для обработки жаропрочных и нержавеющих сплавов и сталей изготовляют из быстрорежущих сталей Р9К5, Р9К10, Р18Ф2, Р18К5Ф2, а при фрезеровании с ударами - из стали марки Р10К5Ф5.

Марки твердых сплавов выбирают в зависимости от обрабатываемого материала и характера обработки (табл.5). для чистовой обработки применяется твёрдый сплав с меньшим содержанием кобальта и большим содержанием карбидов (ВК2, ВК3 Т15К6 и т.д.), а для черновой обработки - с большим содержанием кобальта, который придаёт определённую пластичность материалу и способствует лучшей работе при неравномерных и ударных нагрузках (ВК8, ВК10, Т5К10 и т.д.).

2.2.3. Выбор типа и диаметра фрезы.

Стандартные диаметры фрез (ГОСТ 9304-69, ГОСТ 9473-80, ГОСТ 16222 - 81, ГОСТ 16223 - 81, ГОСТ 22085 - 76, ГОСТ 22086 - 76, ГОСТ 22087 - 76, ГОСТ 22088 - 76, ГОСТ 26595 - 85), приведены в таблицах 1...4, их обозначения (для праворежущих торцовых фрез) - в таблицах 2, 3 и 4. Леворежущие фрезы изготавливаются по специальному заказу потребителя.

Типы торцовых фрез выбирают по условиям обработки из таблицы 1. Размеры фрезы определяются размерами обрабатываемой поверхности и толщиной срезаемого слоя. Диаметр фрезы, для сокращения основного технологического времени и расхода инструментального материала, выбирают с учётом жесткости технологической системы, схемы резания, формы и размеров обрабатываемой заготовки.

При торцовом фрезеровании для достижения режимов резания, обеспечивающих наибольшую производительность, диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования B: D = (1,25...1,5) • В

2.2.4. Выбор геометрических параметров

Рекомендуемые значения геометрических параметров режущей части торцовых фрез с пластинами из твердого сплава приведены в табл.6 /4/, а из быстрорежущей стали Р18 - в табл. 7 /ГОСТ ____-__, ____-__, ____-__/.

2.3. Выбор схемы фрезерования

Схемы фрезерования определяется по расположению оси торцовой фрезы заготовки относительно средней линии обрабатываемой поверхности (рис.8.). Различают симметричное и несимметричное торцовое фрезерование /5/.

Симметричным называют такое фрезерование, при котором ось торцовой фрезы проходит через среднюю линию обрабатываемой поверхности (рис. 8.а).

Несимметричным фрезерованием называют такое фрезерование, при котором ось торцовой фрезы смещена относительно средней линии обрабатываемой поверхности (рис. 8.б, 8.в).

Симметричное торцовое фрезерование делится на полное, когда диаметр фрезы D равен ширине обрабатываемой поверхности В, и неполное, когда D больше В (рис.8.а).

Несимметричное торцовое фрезерование может быть встречным или попутным. Отнесение фрезерования к этим разновидностям производят по аналогии с фрезерованием плоскости цилиндрической фрезой.

При несимметричном встречном торцовом фрезеровании (рис.8.б) толщина срезаемого слоя a изменяется от некоторой небольшой величины (зависящей от величины смещения) до наибольшей a_max=S_z, а затем несколько уменьшается. Смещение зуба фрезы за пределы обрабатываемой поверхности со стороны зуба, начинающего резание, обычно принимается в пределах С₁ = (0,03...0,05) • D

При несимметричном попутном торцовом фрезеровании (рис.8.в) зуб фрезы начинает работать с толщиной среза близкой к максимальной. Смещение зуба фрезы за пределы обрабатываемой поверхности со стороны зуба, заканчивающего резание, принимается незначительным, близким к нулю) С₂ ≈ 0.

При обработке чугунных заготовок во многих случаях диаметр фрезы меньше ширины обрабатываемой поверхности поскольку чугунные заготовки ввиду хрупкости чугуна, особенно при изготовлении корпусных деталей, выполняются больших габаритов.

Торцовое фрезерование чугунных заготовок при B < D_ф рекомендуется проводить при симметричном расположении фрезы.

При торцовом фрезеровании стальных заготовок обязательным является их несимметричное расположение относительно фрезы, при этом:

- для заготовок из конструкционных углеродистых и легированных сталей и заготовок имеющих корку (черновое фрезерование) сдвиг заготовок - в направлении врезания зуба фрезы (рис. 8.б), чем обеспечивается начало резания при малой толщине срезаемого слоя;

- для заготовок из жаропрочных и коррозийно-стойких сталей и при чистовом фрезеровании сдвиг заготовки - в сторону выхода зуба фрезы из резания (рис. 8.в), чем обеспечивается выход зуба из резания с минимально возможной толщиной срезаемого слоя.

Несоблюдение указанных правил приводит к значительному снижению стойкости фрезы /5/.

2.4. Назначение режима резания

К элементам режима резания при фрезеровании относятся (Рис. 9.):

- глубина резания;

- скорость резания;

- подача;

- ширина фрезерования.

Глубина резания t определяется как расстояние между точками обрабатываемой и обработанной поверхностей находящихся в плоскости резания и измеренное в направлении, перпендикулярном направлению движения подачи. В отдельных случаях эта величина может измеряться как разность расстояний точек обрабатываемой и обработанной поверхностей до стола станка или до какой-либо другой постоянной базы, параллельной направлению движения подачи.

Глубину резания выбирают в зависимости от припуска на обработку, мощности и жесткости станка. Надо стремиться вести черновое и получистовое фрезерование за один проход, если это позволяет мощность станка. Обычно глубина резания составляет 2...6 мм. На мощных фрезерных станках при работе торцовыми фрезами глубина резания может достигать 25 мм. При припуске на обработку более 6 мм и при повышенных требованиях к величине шероховатости поверхности фрезерование ведут в два перехода: черновой и чистовой.

При чистовом переходе глубину резания принимают в пределах 0,75...2 мм. Независимо от высоты микронеровностей глубина резания не может быть меньшей величины. Режущая кромка имеет некоторый радиус округления, который по мере износа инструмента увеличивается, при малой глубине резания материал поверхностного слоя подминается и подвергается пластическому деформированию. В этом случае резания не происходит. Как правило, при небольших припусках на обработку и необходимости проведения чистовой обработки (величина шероховатостей R_a = 2…0,4 мкм) глубина резания берётся в пределах 1 мм.

При малой глубине резания целесообразно применять фрезы с круглыми пластинами (ГОСТ 22086-76, ГОСТ 22088-76). При глубине резания, большей З...4 мм, применяют фрезы с шести-, пяти- и четырехгранными пластинами (табл.2).

При выборе числа переходов необходимо учитывать требования по шероховатости обработанной поверхности:

- черновое фрезерование - R_a = 12,5...6,3 мкм (3...4 класс);

- чистовое фрезерование - R_a = 3,2...1,6 мкм (5...6 класс);

- тонкое фрезерование - R_a= 0,8...0,4 мкм (7...8 класс).

Для обеспечения чистовой обработки необходимо провести черновой и чистовой переходы, количество рабочих ходов при черновой обработке определяют по величине припуска и мощности станка. Число рабочих ходов при чистовой обработке определяется требованием шероховатости поверхности.

В производственных условиях при необходимости проведения черновой и чистовой обработки они разделяются на две отдельные операции. Это вызвано следующими соображениями.

Черновая и чистовая обработки проводятся с применением различного материала режущей части фрезы и при разных скоростях резания что вызвало бы неоправданно большие затраты времени на переналадку станка , если эти переходы будут выполняться в одной операции.

Черновая обработка приводит к большим вибрациям и неравномерным и знакопеременным нагрузкам, это, в свою очередь, приводит к быстрому износу станка и потере точности обработки.

Черновая обработка приводит к образованию большого количества стружки, а также абразивной пыли, что требует специальных мер по уборке отходов. Как правило, станки для черновой обработки находятся обособленно от станков, выполняющих окончательную - чистовую и тонкую.

Подача при фрезеровании - это отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой заготовки в направлении движения подачи, к числу оборотов фрезы или к части оборота фрезы, соответствующей угловому шагу зубьев.

Таким образом, при фрезеровании рассматривается подача на оборот S_o(мм/об) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее одному обороту фрезы, и подача на зуб S_z(мм/зуб) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее повороту фрезы на один угловой шаг зубьев.

Помимо этого рассматривается также скорость движения подачи v_s (ранее определялась как минутная подача и в старой литературе и на некоторых станках такой термин ещё применяется), измеряемая в мм/мин. Скорость движения подачи - это расстояние, пройденное рассматриваемой точкой заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи за минуту. Эта величина используется на станках для наладки на необходимый режим, поскольку у фрезерных станков движение подачи и главное движение резания кинематически не связаны между собой.

Применение соотношения скоростей подачи и резания помогает правильно определить величины S_o и S_z. Используя зависимости: S_o = S_z · z, v_s = S_o · n где z - число зубьев фрезы, n - число оборотов фрезы (об/мин) определим v_s= S_o · n = S_z · z · n.

Исходной величиной при черновом фрезеровании является подача на один зуб S_z, так как она определяет жёсткость зуба фрезы. Подачу при черновой обработке выбирают максимально возможной. Ее величина может быть ограничена прочностью механизма подачи станка, прочностью зуба фрезы, жесткостью системы СПИД, прочностью и жесткостью оправки и по другим соображениям. При чистовом фрезеровании определяющей является подача на один оборот фрезы S_o, которая влияет на величину шероховатости обработанной поверхности.

Рекомендуемые подачи для различных условий резания приведены в таблицах 8, 9, 10 /5, 6/.

Ширина фрезерования B (мм) - величина обрабатываемой поверхности, измеренная в направлении, параллельном оси фрезы - при периферийном фрезеровании, и перпендикулярном к направлению движения подачи - при торцовом фрезеровании. Ширина фрезерования определяется наименьшей из двух величин: ширины обрабатываемой заготовки и длины или диаметра фрезы.

Скорость резания при фрезеровании v определяется как линейная скорость точки фрезы (м/мин). Действительная скорость резания определяется по формуле

где D - диаметр фрезы (мм) по наиболее удалённой от оси вращения точке режущей кромки, n - число оборотов фрезы (мм/об).

Допустимая (расчётная) скорость резания определяется по эмпирической формуле

где Cv - коэффициент, характеризующий материал заготовки и фрезы;

T - стойкость фрезы (мин);

t - глубина резания (мм);

S_z - подача на зуб (мм/зуб);

B - ширина фрезерования (мм);

Z - число зубьев фрезы;

q, m, x, y, u, p - показатели степени;

k_v - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Величины C_v q, m, x, y, u, p приведены в табл.11.

Средние значения периода стойкости торцовых фрез при диаметре фрезы следующие

                                                                                      Таблица 2.2.4. - 1

Диаметр фрезы (мм)

40...50

65...125

160...200

250...315

400...650

Стойкость (мин)

120

180

240

300

800

Общий поправочный коэффициент K_v. Всякая эмпирическая формула определяется при постоянстве некоторых факторов. В данном случае этими факторами являются физико - механические сойства заготовки и материала режущей части инструмента, геометрические параметры инструмента и т.д. В каждом конкретном случае эти параметры меняются. Для учёта этих изменений и вводится общий поправочный коэффициент K_v, который представляет собой произведение отдельных поправочных коэффициентов, Каждый из которых отражает изменение, относительно исходных, отдельных параметров /5/ :

K_v = K_m_v • K_пv • K_иv • K_j_v,

K_m_v - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала, таблицы 12, 13;

K_пv - коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки, таблица 14;

K_иv - коэффициент, учитывающий инструментальный материал, таблица 15;

K_j_v - коэффициент, учитывающий величину j - главного угла в плане,

                                                                                      Таблица 2.2.4. - 2

j

15⁰

30⁰

45⁰

60⁰

75⁰

90⁰

K_j_v

1,6

1,25

1,1

1,0

0,93

0,87

Зная допустимую (расчетную) скорость резания v, определяют расчетную частоту вращения фрезы

где n - число оборотов фрезы, мин^-1; D - диаметр фрезы, мм.

По паспорту станка выбирают такую ступень скорости, при которой число оборотов фрезы будет равно расчётному или меньше его, т.е. n_ф £ n, где n_ф - фактическое число оборотов фрезы, которое должно быть установлено на станке. Допускается применение такой ступени скорости, при которой увеличение фактического числа оборотов по отношению к расчетному будет не более 5%. По выбранному числу оборотов шпинделя станка уточняют фактическую скорость резания

и определяют скорость движения подачи (минутную подачу):

v_S(S_м) = S_z • z • n_ф = S_о • n_ф (мм/мин.)

Затем по паспорту станка выбирают наиболее подходящее значение - ближайшее меньшие или равное расчётной величине.

2.5. Проверка выбранного режима резания

Выбранный режим резания проверяют по использованию мощности на шпинделе станка и по усилию, необходимому для осуществления движения подачи.

Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощности на шпинделе:

N_р £ N_шп ,

где N_р - эффективная мощность резания, кВт;

N_шп - допустимая мощность на шпинделе, определяемая по мощности привода, кВт.

Приводом станка является совокупность механизмов от источника движения до рабочего органа. Приводом главного движения резания является совокупность механизмов от электродвигателя до шпинделя станка, а его мощность определится исходя из мощности электродвигателя и потерь в механизмах.

Мощность на шпинделе определится по формуле

N_шп = N_э • h ,

где N_э - мощность электродвигателя привода главного движения резания, кВт, h - КПД механизмов привода станка, h = 0,7 ... 0,8.

Мощность резания при фрезеровании определяется по формуле

где М_кр - крутящий момент на шпинделе, Нм, n - число оборотов фрезы, мин^-1.

Крутящий момент на шпинделе станка определится по формуле:

где Р_z - главная составляющая (касательная) силы резания, Н; D - диаметр фрезы, мм.

Главная составляющая силы резания P_z при фрезеровании определяется по формуле

где C_p - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие условия;

K_p - общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение коэффициентов, отражающих состояние отдельных параметров, влияющих на величину силы резания,

K_р = K_m_р • K_vр • K_g_р • K_j_v,

- K_m_р - коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой заготовки (табл.17);

- K_vр - коэффициент, учитывающий скорость резания (табл.18);

- K_g_р - коэффициент, учитывающий величину переднего угла g (табл.19) ;

- K_j_р - коэффициент, учитывающий величину угла в плане j (табл.19).

Значения коэффициента С_р и показателей степеней x , y, u, q, w приведены в табл.16.

Величина радиальной составляющей силы резания Р_y может быть определена по соотношению Р_y ≈ 0,4 Р_z.

Если условие N_р £ N_шп не выдерживается, то необходимо уменьшить скорость резания или изменить другие параметры резания.

При фрезеровании имеет большое значение представление силы резания по вертикальной P_в и горизонтальной Р_г составляющим. Горизонтальная составляющая силы резания Р_г представляет собой силу, которую необходимо приложить для обеспечения движения подачи, она должна быть меньше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка:

Р_г £ Р_доп, Н.

где Р_доп - наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи станка (Н), берется из паспортных данных станка (табл.20).

Горизонтальная составляющая силы резания определяется из приведённых ниже соотношений и зависит от вида торцового фрезерования /5/:

- при симметричном фрезеровании - Р_г = (0,3...0,4) • Р_z;

- при несимметричном встречном    - Р_г = (0,6...0,8) • Р_z;

- при несимметричном попутном     - Р_г = (0,2...0,3) • Р_z ;

Если условие Р_г £ Р_доп не выдерживается, необходимо уменьшить силу резания Р_z за счет уменьшения подачи на зуб S_z и, соответственно, скорости движения подачи v_S (минутной подачи S_м).

2.6. Расчёт времени выполнения операции и использования оборудования

Штучное время Т_шт - время, затрачиваемое на выполнение операции, определяется как интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий и рассчитывается как сумма составляющих

Т_шт = Т_о + Т_всп + Т_обс + Т_отд, (мин)

где Т_о - основное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и последующее определение состояние предмета труда, т.е. время непосредственного воздействия инструмента на заготовку;

Т_всп - вспомогательное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приёмов, необходимых для обеспечения непосредственного воздействия на заготовку.

Т_обс - время обслуживания рабочего места, это часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом. Время обслуживания рабочего места складывается из времени организационного обслуживания (осмотр и опробование станка, раскладка и уборка инструмента, смазка и очистка станка) и времени технического обслуживания (регулирование и подналадка станка, смена и подналадка режущего инструмента, правка шлифовальных кругов и т.п.);

Т_отд - время на личные потребности, это часть штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых;

2.6.1. Основное время

Основное время при фрезеровании равно отношению длины пути, пройденного фрезой, за число рабочих ходов к скорости движения подачи, и определяется по формуле

где L - общая длина прохода фрезы в направлении подачи, мм;

- i - число рабочих ходов;

- l - длина обрабатываемой заготовки, мм;

- l₁ - величина врезания фрезы, мм;

- l₂ - величина перебега фрезы, мм; l₂ = 1...5 мм.

Величина врезания l₁ при фрезеровании торцовыми фрезами определяется из условий:

- при симметричном неполном (для случая на рис.2а):

- при несимметричном встречном (для случая на рис.2б):

- при несимметричном попутном (для случая на рис.2в):

l₁ = 0,5 • D,

где D - диаметр фрезы, мм; В - ширина заготовки, мм; C₁ - величина смещения фрезы относительно торца заготовки (рис.2б).

2.6.2 Вспомогательное время.

К этому времени относится время, затрачиваемое на установку, закрепление, снятие заготовки (табл. 21), время на управление станком при подготовке рабочего хода (табл. 22), выполнение измерений в процессе обработки (табл. 23).

2.6.3. Оперативное время.

Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем:

T_оп = Т_о + Т_всп .

Оперативное время является основным составляющим штучного времени.

2.6.4. Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности

Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности часто берут в процентах от оперативного времени :

Т_обс = (3...8 % ) • T_оп;    Т_отд = (4...9 % ) • T_оп;    Т_обс + Т_отд ≈ 10% T_оп.

2.6.5. Штучно - калькуляционное время

Для определения нормы времени - времени выполнения определённого объёма работ в конкретных производственных условиях одним или несколькими рабочими, необходимо определить штучно - калькуляционное время Т_шк, в которое входит, помимо штучного времени, ещё и время на подготовку рабочих и средств производства к выполнению технологической операции и приведение их в первоначальное состояние после её окончания - подготовительно - заключительное время Т_пз. Это время необходимо для получения задания, приспособлений, оснастки, инструмента, установки их, для наладки станка на выполнение операции, снятие всех средств оснащения и сдачи их (табл.24). В штучно - калькуляционное время подготовительно - заключительное время входит как доля его, приходящаяся на одну заготовку. Чем большее число заготовок n обрабатывается с одной наладки станка (с одного установа, в одной операции) тем меньшая часть подготовительно - заключительного времени входит в состав штучно - калькуляционного.

В массовом производстве Т_пз принимается равным нулю, так как практически вся работа выполняется при одной наладке станка.

2.6.6. Расчёт потребности в оборудовании.

Расчетное количество станков (Z) для выполнения определенной операции рассчитывается по формуле

где Т_шт - штучное время, мин; П - программа выполнения деталей в смену, шт.;

Т_см - время работы станка в смену, ч. В расчётах принимается время работы станка в смену Т_см = 8 часов, в реальных условиях на каждом предприятии это время может приниматься иным.

2.6.7. Технико-экономическая эффективность.

Оценку технико-экономической эффективности технологической операции проводят по ряду коэффициентов, в числе которых: коэффициент основного времени и коэффициент использования станка по мощности /7, 8, 9/.

Коэффициент основного времени К_о определяет его долю в общем времени, затрачиваемом на выполнение операции

где Kо - коэффициент основного времени /9/.

Чем выше K_о, тем лучше построен технологический процесс, поскольку больше времени, отведённого на операцию, станок работает, а не простаивает, т.е. в этом случае уменьшается доля вспомогательного времени.

Ориентировочно величина коэффициента K_о для разных станков находится в следующих пределах

- протяжные станки                              -   K_о = 0,35...0,945;

- фрезерные непрерывного действия   -   K_о = 0,85...0,90;

- остальные                                            -   K_о = 0,35...0,90.

Если коэффициент основного времени Kо ниже этих величин, то необходимо разработать мероприятия по уменьшению вспомогательного времени (применение быстродействующих приспособлений, автоматизация измерений детали, совмещение основного и вспомогательного времени и др.).

Коэффициент использования станка по мощности К_N определяется как

де K_N - коэффициент использования станка по мощности /9/; N_Р - мощность резания, кВт (в расчёте принимают ту часть технологической операции, которая происходит с наибольшими затратами мощности резания); N_ст - мощность главного привода станка, кВт; h - КПД станка.

Чем K_N ближе к 1, тем более полно используется мощность станка.

При неполной загрузке станка ухудшается показатель использования электроэнергии. Полная электрическая мощность, потребляемая из сети, S распределяется на активную P и реактивную Q. Их соотношения определяются как

При полной загрузке электродвигателя значение cosφ не будет равно 1, т.е. при этом из сети расходуется также и реактивная энергия. С учётом используемых электродвигателей примерные значения cosφ будут следующими: при загрузке 100% cosφ=0,85, при загрузке 50% - 0,7, при загрузке 20% - 0,5, и на холостом ходу - 0,2 этой величины.

Рассмотрим пример правильности применения ряда фрезерных станков (моделей 6Р13, 6Н13, 6Р12, 6Н12, 6Р11), если мощность потребная на резание составляет N_рез=3,2 кВт.

Показатели

Модели фрезерных станков

6Р13

6Н13

6Р12

6Н12

6Р11

Мощность эл. двигателя

N_эд

11,0

10,0

7,5

7,0

5,5

Мощность холостого хода

N_хх

2,200

2,500

2,250

1,750

1,100

Мощность резания

N_рез

3,200

3,200

3,200

3,200

3,200

Активная мощность

P=N_хх+N_рез

5,400

5,700

5,450

4,950

4,300

Коэффициент использования

K_N

0,491

0,570

0,727

0,707

0,782

мощности электро двигателя

Косинус фи

cos φ

0,585

0,635

0,718

0,708

0,740

Полная потребляемая мощность

S

9,231

8,976

7,591

6,992

5,811

Коэффициент эффективности потребляемой электр. мощности

К_эф

0,585

0,635

0,718

0,708

0,740

Излишне использованная

мощность из электросети

N _из

3,831

3,276

2,141

2,042

1,511

Неоправданные затраты

электрической мощности

N_неоп

2,320

1,766

0,630

0,531

0,000

Из приведённого примера видно, что неправильный выбор станка приводит к таким перерасходам электроэнергии, которые могут быть сопоставлены с мощностью резания.

В целях погашения излишне используемой реактивной мощности, за которую предприятия платят значительные штрафы, необходимо создавать специальные устройства для её погашения емкостной мощностью.

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

3.1. Условия задачи.

3.1.1 Исходные данные.

Исходными данными для расчёта режима резания являются:

материал заготовки - поковка из стали 20Х;

предел прочности материала заготовки - s_в = 800 МПа (80 кг/мм²);

ширина обрабатываемой поверхности заготовки, В - 100 мм;

длина обрабатываемой поверхности заготовки, L - 800 мм;

требуемая шероховатость обработанной поверхности, R_a - 0,8 мкм (7 класс шероховатости);

общий припуск на обработку, h - 6 мм;

средняя дневная программа производства по данной операции, П - 200 шт.

3.1.2. Цель расчётов.

В результате проведённых расчётов необходимо:

выбрать фрезу по элементам и геометрическим параметрам;

выбрать фрезерный станок;

рассчитать величины элементов режима резания - глубина резания t, подача S, скорость резания v;

провести проверку выбранного режима резания по мощности привода и прочности механизма подачи станка;

произвести расчёт времени, необходимого для выполнения операции;

произвести расчёт необходимого количества станков;

провести проверку эффективности выбранного режима резания и подбора оборудования.

3.2. Порядок расчета.

3.2.1. Выбор режущего инструмента и оборудования.

Исходя из общего припуска на обработку h = 6 мм и требований к шероховатости поверхности, фрезерование ведем в два перехода: черновой и чистовой. По таблице 1 определяем тип фрезы - выбираем торцовую фрезу с многогранными твердосплавными пластинками по ГОСТ 26595-85. Диаметр фрезы выбираем из соотношения:

D = (1,25...1,5) • В = 1,4 • 100 = 140 мм

Выбор фрезы уточняем по таблицам 1, 2, 3, 4 - ГОСТ 26595-85, диаметр D = 125 мм, число зубьев z = 12, пятигранные пластинки, условное обозначение - 2214-0535.

Материал режущей части фрезы выбираем по таблице 5 для чернового фрезерования углеродистой и легированной незакалённой стали - Т5К10, для чистового фрезерования - Т15К6.

Геометрические параметры фрезы выбираем по таблицам 6 и 7 для фрез с пластинами из твёрдого сплава (табл. 6) при обработке стали конструкционной углеродистой с σв ≤ 800 МПа и подачей для чернового фрезерования > 0,25 мм/зуб: g = -5⁰; a = 8⁰; j = 45⁰; j_о = 22,5⁰; j₁ = 5⁰; l = 14⁰; для чистового фрезерования с подачей < 0,25 мм/зуб: g = -5⁰; a = 15⁰; j = 60⁰; j_о = 30⁰; j₁ = 5⁰; l = 14⁰.

Черновое фрезерование производим по схеме - несимметричное встречное (Рис. 8.б), чистовое - несимметричное попутное (Рис. 8.в).

Предварительно принимаем проведение работ на вертикально - фрезерном станке 6Р13, паспортные данные в таблице 20.

3.2.2. Расчёт элементов режима резания.

3.2.2.1. Назначение глубины резания.

При назначении глубины резания в первую очередь из общего припуска выделяется та его часть, которая остаётся для проведения чистовой обработки - t₂ = 1 мм. Чистовое фрезерование проводится за 1 рабочий ход i₂ = 1. Отсюда припуск h₁ при черновом фрезеровании составит :

h₁ = 6 - 1 = 5 мм.

Для снятия этого припуска достаточно одного рабочего хода, поэтому принимаем число рабочих ходов при черновом фрезеровании i₁ = 1. Тогда глубина резания t₁ при черновом фрезеровании составит

t₁ = h₁ / i₁ = 5 / 1 = 5 мм.

3.2.2.2. Назначение подачи.

Подачу при черновом фрезеровании выбираем из таблиц 8 и 9. Для торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава (табл. 8) с мощностью станка > 10 кВт при несимметричном встречном фрезеровании для пластинки Т5К10 подача на зуб находится в пределах S_z1 = 0,32…0,40 мм/зуб. Принимаем меньшую величину для гарантированного обеспечения условия по мощности на шпинделе S_z1 = 0,32 мм/зуб, подача на оборот составит . S_о1 = S_z1 • z =0,32 • 12 = 3,84 мм/об.

Подачу при чистовом фрезеровании выбираем по таблице 10. Для торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава (часть Б) с материалом, имеющим σ_в ≥ 700 МПа с шероховатостью обработанной поверхности R_a = 0,8 мкм с углом j₁ = 5⁰ подача на оборот фрезы находится в пределах S_о2 = 0,30…0,20 мм/об. Принимаем большую величину для повышения производительности процесса S_о2 = 0,30 мм/об. При этом подача не зуб составит

S_z2 = S_о2 / z = 0,30 / 12 = 0,025 мм/зуб.

3.2.2.3. Определение скорости резания.

Скорость резания определяем по формуле:

Значения коэффициента C_v и показателей степени определяем по таблице 11. Для чернового и чистового фрезерования конструкционной углеродистой стали с σ_в ≥ 750 МПа с применением твёрдосплавных пластин:

C_v = 332, q = 0,2; m = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,2; p = 0.

Принимаем Т = 180 мин, п. 2.4 таблица 1.

Общий поправочный коэффициент

Kv = K_m_v • K_пv • K_иv • K_j_v

Кmv находим по таблице 12 для обработки стали. Расчётная формула К_m_v = К_г • (750/s_в)^nv. По таблице 13 находим для обработки стали углеродистой с σ_в > 550 МПа для материала инструмента из твёрдого сплава К_г = 1, n_v = 1. Тогда К_m_v_1,2 = 1 • (750/800)^1,0 = 0,938.

K_j_v находим по таблице 2.2.4. - 2 для чернового фрезерования при j = 45^о K_j_v1 = 1,1; для чистового фрезерования при j = 60^о K_j_v2 = 1,0.

K_пv находим по таблице 14 для обработки при черновом фрезеровании - поковки K_пv1 = 0,8, при чистовом фрезеровании - без корки K_пv2 = 1.

Kиv находим по таблице 15 для обработки стали конструкционной фрезой с пластинками из твёрдого сплава Т5К10 при черновом фрезеровании K_иv1 = 0,65, с пластинками из твёрдого сплава Т15К6 при чистовом фрезеровании K_иv2 = 1.

Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен

K_v1 = 0,938 • 1,1 • 0,8 • 0,65 = 0,535.

Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен

K_v2 = 0,938 • 1,0 • 1,0 • 1,0 = 0,938.

Скорость резания при черновом фрезеровании равна

Скорость резания при чистовом фрезеровании равна:

Расчетное число оборотов фрезы определяем для чернового и чистового фрезерования по выражению

3.2.2.4. Уточнение режимов резания

По паспорту станка 6Р13 уточняем возможную настройку числа оборотов фрезы и находим фактические значения для черновой обработки n_ф1 = 200 мин^-1, для чистовой обработки n_ф2 = 1050 мин^-1, т.е. выбираем ближайшие наименьшие значения от расчётных. В результате этого изменится и фактическая скорость резания, которая составит при черновой обработке

v_ф1 = πDn/1000 = 3,14 • 125 • 200/1000 = 78,50 м/мин ,

а при чистовой обработке

v_ф2 = πDn/1000 = 3,14 • 125 • 1050/1000 = 412,12 м/мин .

Для уточнения величин подач необходимо рассчитать скорость движения подачи v_S по величине подачи на зуб и на оборот

v_S = S_o • n = S_z • z • n;

v_S1 = 0,32 • 12 • 200 = 768 мм/мин ;       v_S2 = 0,3 • 1050 = 315 мм/мин.

По паспорту станка находим возможную настройку на скорость движения подачи, выбирая ближайшие наименьшие значения, v_S1 = 800 мм/мин, поскольку эта величина только на 4,17% выше расчётной и v_S2 = 315 мм/мин. Исходя из принятых величин уточняем значения подач на зуб и на оборот

S_oф1 = 800 / 200 = 4 мм/об;                        S_zф1 = 4 / 12 = 0,333 мм/зуб;

S_oф2 = 315 / 1050 = 0,3 мм/об;                   S_zф2 = 0,3 / 12 = 0,025 мм/зуб;

3.2.3. Проверка выбранного режима резания

Выбранный режим резания проверяем по характеристикам станка: мощности на шпинделе станка и максимально допустимому усилию, прилагаемому к механизму подачи. Поскольку нагрузки на станок при черновой обработке значительно выше, чем при чистовой, проверку выбранного режима резания проводим для чернового фрезерования.

Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощности на шпинделе :           N_р £ N_шп.

Мощность на шпинделе

N_шп = N_э • h = 11 • 0,8 = 8,8 кВт.

Мощность резания при черновом фрезеровании определится по формуле

Крутящий момент определится по формуле

Главная составляющая силы резания определяется по формуле

Значение коэффициента Ср и показателей степеней x, y, u, q, w находим по таблице 16: Ср = 825; x = 1,0; y = 0,75; u = 1,1; q = 1,3; w = 0,2. При затуплении фрезы до допустимой величины сила резания возрастает по стали с σв > 600 МПа в 1,3…1,4 раза. Принимаем увеличение в 1,3 раза.

Общий поправочный коэффициент        K_р = K_m_р • K_vр • K_g_р • K_j_р .

К_m_р определяем по таблице 17 для обработки конструкционных углеродистых и легированных сталей К_m_р = ( s_в/750 )^np, показатель степени n_p = 0,3 , тогда К_m_р = ( 800/750 )0,3 = 1,02.

K_vр определяем по таблице 18 для черновой обработки при скорости резания до 100 м/мин при отрицательных значениях переднего угла K_vр1 = 1, для чистовой обработки при скорости резания до 600 м/мин K_vр2 = 0,71.

K_g_р и K_j_р определяем по таблице 19. При g = -5^о Kgр = 1,20 и при j = 45о K_j_р1 = 1,06, при j = 60^о K_j_р2 = 1,0.

Величина общего поправочного коэффициента составит

К_р1 = 1,02 • 1 • 1,20 • 1,06 = 1,297;        К_р2 = 1,02 • 0,71 • 1,20 • 1,0 = 0,869

Главная составляющая силы резания при черновом фрезеровании составит

Крутящий момент определится как

Мощность резания при черновом фрезеровании определится как

Условие правильности выбора режима резания по мощности привода N_р £ N_шп не соблюдается, поскольку 48,51 > 8,8, это означает, что выбранный режим резания не может быть осуществлен на данном станке.

Наиболее эффективно снижение мощности резания за счёт уменьшения скорости резания, а также уменьшения подачи на зуб. Мощность резания необходимо уменьшить в 5,5 раза, для этого скорость резания уменьшим за счёт уменьшения числа оборотов фрезы с 200 до 40 об/мин с 78,5 м/мин до 14,26 м/мин. Скорость движения подачи при этом снизится с 768 мм/мин до v_S1 = 0,32 • 12 • 40 = 153,6 мм/мин. Поскольку изменение глубины резания приведёт к необходимости проведения второго рабочего хода, изменим величину скорости движения подачи до 125 мм/мин (таблица 20), при этом подача на зуб фрезы составит S_z1 = 125/12 • 40 = 0,26 мм/зуб.

Подставив новое значение подачи на зуб в формулу расчёта главной составляющей силы резания получим P_z1 = 31405,6 Н, крутящий момент станет равным М_кр1 = 1960,3 Нм, мощность резания N_р1 = 8,04 кВт, что удовлетворяет требованиям по мощности привода.

Вторым условием является то, что горизонтальная составляющая силы резания (усилие подачи) должна быть меньше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка:   Р_г £ Р_доп.

Для станка 6Р13 Р_доп = 15000 Н.

Горизонтальная составляющая силы резания Рг при условии несимметричного встречного чернового фрезерования

Р_г = 0,6 • Р_z1 = 0,6 • 31364,3 = 18818,58 Н.

Так как условие Р_г £ Р_доп не соблюдается (18818,58 > 15000 ), выбранный режим резания не удовлетворяет условию прочности механизма продольной подачи станка. Для снижения горизонтальной составляющей силы резания необходимо уменьшить подачу на зуб фрезы. Представим формулу расчёта главной составляющей силы резания в виде

Наибольшее допустимое механизмом подачи значение главной составляющей силы резания должно быть не больше P_z1 £ P_доп / 0,6 ≤ 15000 / 0,6 ≤ 25000 Н. Из этого условия находим S_z1

По вновь выбранному значению S_z1 определяем v_s1 = 0,192 • 12 • 40 = 92,16 мм/мин, ближайшее меньшее значение на станке v_s1 = 80 мм/мин. Фактическая подача на оборот фрезы составит S_oф = 2 мм/об, фактическая подача на зуб фрезы составит S_zф = 0,167 мм/зуб.

В связи с многократным превышением показателей первого расчёта над допустимыми необходимо провести проверку правильности выбора режима резания при чистовом переходе.

Главная составляющая силы резания при чистовой обработке значительно ниже допустимых величин, в связи с чем корректировать расчёт не требуется.

Окончательно данные расчёта сведены в таблице

Наименование показателей

Единицы измерения

Для перехода

чернового

чистового

Глубина резания t

мм

5

1

Расчётная подача на зуб фрезы S_z

мм/зуб

0,323

0,025

Расчётная подача на оборот фрезы S_o

мм/об

3,84

0,3

Расчётная скорость резания v

м/мин

88,24

503,25

Расчётное число оборотов фрезы n

об/мин

224,82

1282,16

Фактическое число оборотов фрезы n_ф

об/мин

200

1050

Фактическая скорость резания v_ф

м/мин

78,50

412,12

Расчётная скорость движения подачи v_S

мм/мин

768

315

Фактическая скорость движения подачи v_S_ф

мм/мин

800

315

Фактическая подача на оборот фрезы S_oф

мм/об

4

0,3

Фактическая подача на зуб фрезы S_zф

мм/зуб

0,333

0,025

Главная составляющая силы резания P_z

Н

37826,7

521

Крутящий момент М_кр

Нм

2364,17

Мощность резания N

кВт

48,51

Первая корректировка режима резания

Фактическое число оборотов фрезы n_ф

об/мин

40

Фактическая скорость резания v_ф

м/мин

15,7

Расчётная скорость движения подачи v_S

мм/мин

159,84

Фактическая скорость движения подачи v_S_ф

мм/мин

160

Главная составляющая силы резания P_z

Н

31364,3

Крутящий момент М_кр

Нм

1960,3

Мощность резания N

кВт

8,08

Горизонтальня составл. силы резания P_г

Н

18818,58

Вторая корректировка режима резания

Расчётная подача на зуб фрезы S_z

мм/зуб

0,192

Расчётная скорость движения подачи v_S

мм/мин

92,16

Фактическая скорость движения подачи v_S_ф

мм/мин

80

Фактическая подача на оборот S_oф

мм/об

2

Фактическая подача на зуб S_zф

мм/зуб

0,167

Таким образом станок налаживается по следующим величинам:

Черновой переход        n_ф1 = 40 мин^-1,         v_S1 = 80 мм/мин;

Чистовой переход        n_ф2 = 1050 мин^-1,      v_S2 = 315 мм/мин.

3.2.4. Расчёт времени выполнения операции.

3.2.4.1. Расчёт основного времени.

Основное время определяем по формуле

Длина фрезерования l = 800 мм;

Величина врезания фрезы l₁ определяется для условия несимметричного встречного фрезерования, принимаем С₁ = 0,04 • D,

l₁ = 0,5•125 - √0,04•125•(125 - 0,04•125) = 62,25 - 24,25 = 38 мм.

Величину перебега фрезы l₂ для чернового и чистового фрезерования принимаем одинаковой l₂ = 5 мм.

Число рабочих ходов i при чистовом и черновом фрезеровании равно 1.

Общая длина прохода фрезы для чернового и чистового фрезерования

L = 800 + 38 + 5 = 843 мм.

Основное время при торцовом фрезеровании заготовки за черновой и чистовой переходы составит:

3.2.4.2. Определение штучного времени.

Штучное время, затрачиваемое на данную операцию, определяется как

Т_шт = Т_о + Т_всп + Т_обс + Т_отд

Вспомогательное время Т_всп, затрачиваемое на установку и cнятие детали, определяем по таблице 21. Принимаем способ установки детали при длине 800 мм - на столе с выверкой средней сложности; при массе детали до 10 кг - время на установку и снятие заготовки равно 1,8 мин. Вспомогательное время на рабочий ход (таблица 22) принимаем для обработки плоскостей с одной пробной стружкой - 0,7 мин и на последующие проходы - 0,1 мин всего - 0,8 мин. Вpемя на измеpение заготовки с помощью штангенциркуля (таблица 23) по ширине и толщине заготовки (высоте от стола) - размеры до 100 мм с точностью до 0,1 мм, принимаем равным 0,13 мин.

Т_всп = 1,8 + 0,8 + 0,13 = 2,73 мин.

Тогда оперативное время

T_оп1 = Т_о + Т_всп = 10,54 + 2,73 = 13,27 мин.

Т_о2 = 2,68 + 2,73 = 5,41 мин

Время на обслуживание pабочего места и вpемя на отдых принимаем в процентах от оперативного времени:

Т_отд1 + Т_обс1 = 10 % • T_оп = 0,1 • 13,27 = 1,32 мин ;

Т_отд2 + Т_обс2 = 10 % • T_оп = 0,1 • 5,41 = 0,54 мин ;

Штучное время, затрачиваемое на данную операцию,

Т_шт1 = Т_о1 + Т_всп1 + Т_обс1 + Т_отд1 = Т_о1 • 0,1 Т_о1 =13,27 + 1,32 = 14,59 мин.

Т_шт2 = Т_о2 + Т_всп2 + Т_обс2 + Т_отд2 = Т_о2 • 0,1 Т_о2 = 5,41 + 0,54 = 5,95 мин.

3.2.4.3. Определение штучно-калькуляционного времени

Норма подготовительно - заключительного времени на выполнение данной операции при установке заготовки на столе с креплением болтами и планками (таблица 24) составит 24 мин.

3.2.5. Определение технико - экономической эффективности

3.2.5.1. Определение потребного количества станков

Принимаем количество станков необходимых для выполнения черновой обработки - Z_1ф = 6 шт, и для чистовой обработки Z_2ф = 3 шт. Шести станков для черновой операции на всю операционную партию не хватает, однако приняв 7 станков получим большой недогруз станков по времени работы. Предпочтительней принять загрузку шести станков с добавлением одной целой смены за определённый период времени. Для операции чистовой обработки 3 станка не будут полностью загружены в течение смены и с тем, чтобы их не переналаживать на выполнение другой операции необходимо откорректировать размер сменного задания - операционную партию. Одну смену за определённый период можно освободить для выполнения других работ или профилактики оборудования. При этом операционные партии составят

П_1ф = Z_1ф • Т_см • 60 / Т_шк1 =6 • 8 • 60 / 14,71 = 196 шт.

П_2ф = Z_2ф • Т_см • 60 / Т_шк2 =3 • 8 • 60 / 6,07 = 237 шт.

При черновой обработке нехватка оборудования составит

(П₁ - П_1ф) / П₁= (200 - 196) / 200 = 1 / 50,

т.е. через 50 смен необходимо добавить ещё одну для выполнения всего задания.

При чистовой обработке излишек времени оборудования составит

(П_2ф - П₂) / П₂ = (237-200) / 200 = 10 / 54,

т.е. примерно на каждые 6 смен одна смена может быть освобождена для выполнения других работ.

3.2.5.2. Коэффициент основного вpемени

В рассчитанных операциях основное время в составе штучного времени будет иметь следующую долю

К_о1 = Т_о1 / Т_ш1 = 10,54 / 14,59 = 0,72

К_о2 = Т_о2 / Т_ш2 = 2,68 / 5,95 = 0,45

Данные говорят о том, что при выполнении чистовой обработки относительно много времени отводится для вспомогательных действий, поэтому следует провести организационные или технологические мероприятия по механизации процессов, сокращению вспомогательного времени, совмещению основного и вспомогательного времени и т.д. При выполнении черновой обработки доля основного времени достаточно высока и не требует первоочередного проведения каких-либо мероприятий.

3.2.5.3. Коэффициент использования мощности станка

При операции черновой обработки мощность резания составляет 8,04 кВт при мощности на шпинделе станка 8,8 кВт, при этом коэффициент использования мощности составит

К_N = N_p / N_ст • h = 8,04 / 11 • 0,8 = 0,92

Коэффициент использования мощности станка K_N достаточно высок, при необходимости он может быть несколько повышен за счёт увеличения подачи на зуб.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Колокатов А.М. Методические указания по расчету (назначению) режимов резания при торцовом фрезеровании. - М.,МИИСП, 1989. - 27 с.

2. Некрасов С.С. Обработка материалов резанием. - М.: Агропромиздат, 1988.- 336 с.

3. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки /Кривоухов В.А., Петруха П.П. и др. - М. :Машиностроение, 1967. - 654 с.

4. Краткий справочник металлиста./ Под ред. А.Н.Малова и др. - Изд.2-е.- М. :Машиностроение, 1971. - 767 с.

5. Справочник технолога - машиностроителя. В 2 т. /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985.

6. Долматовский Г.А. Справочник технолога по обработке металлов резанием. - 3-е изд., перераб. - М.:ГНТИ, 1962. - 1236 с.

7. Некрасов С.С., Байкалова В.Н Методические рекомендации по выполнению домашнего задания по курсу "Обработка конструкционных материалов резанием" (для студентов факультетов механизации сельского хозяйства и инженерно-педагогического). - М.: МИИСП, 1988. - 38 с.

8. Некрасов С.С., Байкалова В.Н., Колокатов А.М. Определение технической нормы времени станочных операций: Методические рекомендации. - М.: МГАУ, 1995. - 20 с.

9. Некрасов С.С., Колокатов А.М., Баграмов Л.Г. Частные критерии оценки технико-экономической эффективности технологических процессов: Методические рекомендации. - М.: МГАУ, 1997. - 7 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1

Стандартные торцовые фрезы

ГОСТ

Типы торцовых фрез

Диаметр фрезы, (мм) / число ножей фрезы, (шт).

26595-85

Фрезы торцовые с механическим креплением многогранных пластин.

Типы и основные размеры.

50/5, 63/6, 80/8, (80/10), 100/8, 100/10, 125/8, 125/12, 160/10, 160/14, (160/16), 200/12, 200/16, (200/20), 250/14, 250/24, 315/18, 315/30, 400/20, 400/40, 500/26, 500/50

24359-80

Фрезы торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава.

Конструкция и размеры.

100/8, 125/8, 160/10,

200/12, 250/14, 315/18,

400/20, 500/26, 630/30

22085-76

Фрезы торцовые насадные с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин

100/8,    125/8,

160/10, 200/12

22087-76

Фрезы торцовые концевые с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин

63/5, 80/6

22086-76

Фрезы торцовые насадные с механическим креплением круглых твердосплавных пластин

100/10, 125/12, 160/14, 200/16

22088-76

Фрезы торцовые концевые с механическим креплением круглых твердосплавных пластин

50/5, 63/6, 80/8

9473-80

Фрезы торцовые насадные мелкозубые со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава.

Конструкция и размеры.

100/10, 125/12, 160/16, 200/20, 250/24, 315/30, 400/36, 500/44, 630/52

9304-69

Фрезы торцовые насадные.

Типы и основные размеры.

40/10, 50/12, 63/14, 80/16, 100/18, 63/8, 80/10,100/12,

16222-81

Фрезы торцовые насадные для обработки легких сплавов

50, 63, 80 при   z = 4

16223-81

Фрезы торцовые насадные со вставными ножами с твердосплавными пластинами для обработки легких сплавов.

Конструкция и размеры.

100/4,   125/6,    160/6,

200/8,   250/10,   315/12

Примечание: В скобках указаны фрезы другого исполнения

Таблица 2

Фрезы торцовые с механическим креплением многогранных пластин

(ГОСТ 26595-85)

Обозначение фрез с пластинами формы

D,

3-гранной

j = 90⁰

4-гранной

j = 75⁰

5-гранной

j = 67⁰

круглой

мм

Z

2214-0351

2214-0359

2214-0368

2214-0377

2214-0395

2214-0421

2214-0539

2214-0554

2214-0462

2214-0479

2214-0506

2214-0524

2214-0353

2214-0362

2214-0371

2214-0379

2214-0397

2214-0423

2214-0542

2214-0556

2214-0464

2214-0482

2214-0508

2214-0526

2214-0355

2214-0364

2214-0373

2214-0382

2214-0399

2214-0535

2214-0544

2214-0277

2214-0466

2214-0484

2214-0511

2214-0528

2214-0357

2214-0366

2214-0375

2214-0384

2214-0402

2214-0292

2214-0293

2214-0558

2214-0468

2214-0486

2214-0513

2214-0531

50

63

80

80

100

125

160

200

250

315

400

500

5

6

8

10

10

12

14

12

14

18

40

50

Примечание: Пример условного обозначения торцовой фрезы диаметром 80 мм, праворежущей, с механическим креплением трехгранных пластин из твердого сплава, с числом зубьев 8: Фреза 2214-0368 ГОСТ 26595-85.

То же, для пластин из безвольфрамового твердого сплава:

Фреза 2214-0368 Б ГОСТ 26595-85.

Таблица 3

Фрезы торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными

пластинами из твердого сплава (ГОСТ 24359-80)

Обозначение

D, мм

Z

Обозначение

D, мм

Z

2214-0001

2214-0003

2214-0005

2214-0007

100

125

160

200

8

8

10

12

2214-0011

2214-0013

2214-0015

2214-0017

2214-0019

250

315

400

500

630

14

18

20

26

30

Примечания: 1. Главный угол в плане j может быть 45⁰, 60⁰, 75⁰, 90⁰

Пример условного обозначения праворежущей торцовой фрезы

с ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава марки

Т5К10 диметром 200 мм и углом j = 60⁰:

Фреза 2214-0007 Т5К10 60⁰ ГОСТ 24359-80

Таблица 4

Фрезы торцовые концевые и насадные с механическим креплением

круглых твердосплавных пластин

ГОСТ

Обозначение

D, мм

Z

22088-76

2214-0321

2214-0322

2214-0323

50

63

80

5

6

8

22086-76

2214-0291

2214-0292

2214-0293

2214-0294

100

125

160

200

10

12

14

16

Примечание: Пример условного обозначения фрезы диаметром 80 мм:

Фреза 2214-0323 ГОСТ 22088-76

Таблица 5

Марки твёрдого сплава для торцовых фрез

Марка твёрдого сплава для торцовых фрез при обработке

Вид фрезерования

углеродистой и легированной незакаленной

труднообраба-

тываемой

стали

чугуна

стали

HB 240

HB 400...700

черновое

Т5К10, Т5К12Б

ТТ7К12Б,

ТТ10К8Б

ВК8,

ВК10-ОМ,

ВК15-ОМ

ВК8

ВК10

ВК15

-

получистовое

Т15К6,

Т14К8

ВК8,

ВК6-ОМ,

ВК10-ОМ

ВК6

ВК6М

ВК6М

чистовое

Т15К6,

Т30К4

ВК8,

ВК6М

ВК2, ВК3,

ВК3М, ВК4

ВК3М

Примечание: В сплаве ВК6М буква М означает мелкозернистую структуру.

Буквы ОМ - особо мелкозернистая структура

Таблица 6

Геометрические параметры режущей части торцовых фрез

с пластинами из твердого сплава

Задний угол для

Угол в плане

Угол

Обрабатываемый

материал

Перед-

ний

угол,

работы с подачей

в мм/зуб,

a_n = a₁

глав-

ный,

переходной кромки

вспо-

мога-

тельный,

наклона

режущей

кромки,

g

< 0,25

> 0,25

j

j_о

j₁

l

Стали

конструкционные

углеродистые :

s_в £ 800 МПа

   s_в > 800 МПа

-5⁰

-10⁰

12-16⁰

6 - 8⁰

15-60⁰

j/2

5⁰

12-15⁰

Чугун серый

HB 200

+5⁰

12-15⁰

6 - 8⁰

15-60⁰

j/2

5⁰

12-15⁰

Чугун ковкий

+7⁰

6 - 8⁰

6⁰

60⁰

j/2

2⁰

12-15⁰

Таблица 7

Геометрические параметры режущей части торцовых фрез

из быстрорежущей стали Р18

1. Передние углы   g   в град.

Фрезы

Сталь, s_в   МПа

Чугун, НВ

< 600

600-1000

>   1000

< 150

150-220

> 220

Торцовые

20⁰

15⁰

10⁰

15⁰

10⁰

5⁰

2. Задние углы   a   в град.

Фрезы торцовые

Главный   a_n

Торцовый a₁

- с мелкими зубьями

- со вставными ножами и крупными зубьями

16⁰

12⁰

8⁰

8⁰

3. Углы в плане и переходной кромки в град.

Фрезы торцовые

для стали

Главный,

j

Вспомога-тельный,

j₁

Переходной

кромки,

j₀

Длина пере-

ходной   кромки, ¦₀,мм

- со вставными ножами

- цельные

45...60⁰

90⁰

1...2⁰

1...2⁰

-

45⁰

-

1...2

Таблица 8

Подачи при черновом фрезеровании торцовыми фрезами

с пластинами из твердого сплава

Мощность

станка,

кВт

Схема

фрезерования

Сталь

Чугун

Подача на один зуб фрезы   S_z , мм/зуб

Т15К6

Т5К10

ВК6

ВК8

5 - 10

симметричное

неполное

(рис. 8. а)

0,09...0,14

0,12...0,14

0,14...0,18

0,20...0,24

несимметричное

встречное

(рис. 8. б)

0,18...0,22

0,24...0,28

0,28...0,36

0,38...0,45

свыше 10

симметричное

неполное

(рис. 8. а)

0,12...0,15

0,16...0,20

0,18...0,24

0,25...0,32

несимметричное

встречное

(рис. 8. б)

0,24...0,30

0,32...0,40

0,38...0,48

0,50...0,64

Таблица 9

Подачи при черновом фрезеровании торцовыми фрезами

из быстрорежущей стали

Мощность

Жесткость

Подача на один зуб S_z, мм, при обработке :

станка, кВт

системы   СПИД

стали

чугуна

Фрезы с крупным зубом и фрезы со вставными ножами

свыше 10

Повышенная

Средняя

Пониженная

0,20...0,30

0,15...0,25

0,10...0,15

0,40...0,60

0,30...0,50

0,20...0,30

5 - 10

Повышенная

Средняя

Пониженная

0,12...0,20

0,08...0,15

0,06...0,10

0,30...0,50

0,20...0,40

0,15...0,25

до 5

Средняя

Пониженная

0,06...0,07

0,04...0,06

0,15...0,30

0,10...0,20

Фрезы с мелким зубом

5 - 10

Повышенная

Средняя

Пониженная

0,08...0,12

0,06...0,10

0,04...0,08

0,20...0,35

0,15...0,30

0,10...0,20

до 5

Средняя

Пониженная

0,04...0,06

0,03...0,05

0,12...0,20

0,08...0,15

Примечания. Большие значения подач брать для меньшей глубины и ширины

                   фрезерования, меньшие - для больших значений глубины и ширины.

Таблица 10

Подачи на оборот фрезы,   мм/об,   при чистовом фрезеровании :

А. торцовыми фрезами из быстрорежущей стали

Параметр

шероховатости

R_а, мкм

Сталь 45

40Х (прокат)

Сталь 35

Сталь 45

улучшенная

Сталь 10, 20,

20Х

5,0 ... 2,5

1,2...0,50

1,4...0,50

2,6...1,00

1,8...0,70

2,5 ... 1,25

0,5...0,23

0,5...0,30

1,0...0,40

0,7...0,30

Примечание. Подачи даны для фрез из быстрорежущей стали с углом   j₁= 2⁰.

                         Для фрез с j₁= 0⁰подачи можно увеличить на 50...80 %.

Б. торцовыми фрезами с пластинами из твердого сплава

Обрабатываемый

Угол

Параметр шероховатости R_а, мкм

(класс шероховатости)

материал -

сталь

j₁

5,0 ... 2,5

(5 класс)

2,5 ... 1,25

(6 класс)

1,25...0,63

(7 класс)

0,63...0,32

(8 класс)

s_в < 700 МПа

5⁰

0,80...0,50

0,55...0,40

0,25...0,20

0,15

2⁰

1,6...1,0

1,1...0,80

0,50...0,40

0,30

s_в ³ 700 МПа

5⁰

1,0...0,7

0,60...0,45

0,30...0,20

0,20...0,16

2⁰

2,0...1,4

1,2...0,90

0,60...0,40

0,40...0,30

Таблица 11

Значения коэффициента С_v и показателей степени в формуле

скорости резания при торцовом фрезеровании

Материал

режущей

Параметры

режима

резания

Коэффициент и показатели степени

части

B

t

S_z

C_v

q

x

y

u

p

m

Обработка конструкционной углеродистой стали, s_в = 750 МПа

Т15К6^*1

-

-

-

332

0,2

0,1

0,4

0,2

0

0,2

Р6М5^*2

-

-

-

-

£ 0,1

> 0,1

64,7

41

0,25

0,25

0,1

0,1

0,2

0,4

0,15

0,15

0

0

0,2

0,2

Обработка серого чугуна, НВ 190

ВК6^*1

Р6М5^*2

-

-

-

-

-

-

445

42

0,2

0,2

0,15

0,1

0,35

0,40

0,2

0,1

0

0,1

0,32

0,15

Обработка ковкого чугуна, НВ 150

ВК6^*1

-

-

-

-

£ 0,18

> 0,18

994

695

0,22

0,22

0,17

0,17

0,1

0,32

0,22

0,22

0

0

0,33

0,33

Р6М5^*2

-

-

-

-

£ 0,1

> 0,1

90,5

57,4

0,25

0,25

0,1

0,1

0,2

0,4

0,15

0,15

0,1

0,1

0,2

0,2

Обработка жаропрочной стали 12Х18Н9Т в состоянии поставки

ВК8^*1

Р6М5^*2

-

-

-

-

-

-

108

46,9

0,2

0,15

0,06

0,2

0,3

0,3

0,2

0,2

0

0,1

0,32

0,14

Обработка силумина и литейных алюминиевых сплавов, s_в = 100...200 МПа,

НВ £ 65   и   дюралюминия, s_в = 300...400 МПа, НВ £ 100

Р6М5^*1

-

-

-

-

£ 0,1

> 0,1

245

155

0,25

0,25

0,1

0,1

0,2

0,4

0,15

0,15

0,1

0,1

0,2

0,2

Примечание. ^*1Без охлаждения,   ^*2  С охлаждением.

Таблица 12

Поправочный К_m_v , учитывающий физико-механические свойства

обрабатываемого материала.

Обрабатываемый материал

Расчетная формула

       Сталь

К_m_v= К_г• (750/s_в)ⁿ^v

       Серый чугун

К_m_v=   ( 190/НВ )ⁿ^v

       Ковкий чугун

К_m_v=   ( 150/НВ )ⁿ^v

Примечания:. 1. s_в    и   НВ - фактические параметры, характеризующие обрабатываемый материал, для которого рассчитывается скорость резания.

2. Значения коэффициента К_г, характеризующий группу стали по обрабатываемости, и показателя степени n_v приведены в табл.13.

Таблица 13

Значения коэффициента К_г и показатели степени n_vв формуле

для рассчета коэффициента обрабатываемости К_m_v

Обрабатываемый

Коэффициент К_гдля

материала инструмента

Показатели степени n_v

при обработке фрезами

материал

из быстрорежущей   стали

из твердого

сплава

из быстрорежущей   стали

из твердого

сплава

Сталь :

- углеродистая (С£0,6 %) :

         s_в < 450    МПа

         s_в = 450...550 МПа

         s_в > 550    МПа

- повышенной и высокой

    обрабатываемости резанием

- углеродистая (С>0,6 %)

- быстрорежущие

1,0

1,0

1,0

1,2

0,8

0,6

1,0

1,0

1,0

1,1

0,9

0,7

-0,9

-0,9

-0,9

-

1,35

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

Чугун :

     серый

     ковкий

-

-

-

-

0,95

0,85

1,25

1,25

Таблица 14

Поправочный коэффициент К_пv, зависимости скорости резания от

состояние поверхности заготовки

Состояние поверхности заготовки

с   коркой

без корки

Прокат

Поковка

Стальные и чугунные

отливки при корке

Медные и

алюминиевые

нормальной

сильно

загрязненной

сплавы

1,0

0,9

0,8

0,8...0,85

0,5...0,6

0,9

Таблица 15

Поправочный коэффициент К_иv зависимости скорости резания от

материала режущей части инструмента

Обрабатываемый

материал

Значения коэффициента К_иv  в зависимости

от марки инструментального материала

Сталь

Т5К12В

Т5К10

Т14К8

Т15К6

Т30К4

ВК8

конструкционная

0,35

0,65

0,8

1,0

1,4

0,4

Сталь

HRC 35...50

HRC 51...62

закаленная

Т15К6

Т30К4

ВК6

ВК8

ВК4

ВК6

ВК8

1,0

1,25

0,85

0,83

1,0

0,92

0,74

Серый и ковкий

ВК8

ВК6

ВК4

ВК3

чугун

0,83

1,0

1,1

1,15

Таблица 16

Значения коэффициента С_р и показателей степени в формуле

главной составляющей силы резания Р_zпри торцовом фрезеровании

Материал

режущей части

Коэффициент и показатели степени

инструмента

C_р

x

y

u

w

q

Обработка конструкционной углеродистой стали, s_в = 750 МПа

Твердый сплав

825

1,0

0,75

1,1

0,2

1,3

Быстрорежущая сталь

82,5

0,95

0,80

1,1

0

1,1

Обработка серого чугуна, НВ 190

Твердый сплав

54,5

0,9

0,74

1,0

0

1,0

Быстрорежущая сталь

50,0

0,9

0,72

1,14

0

1,14

Обработка ковкого чугуна, НВ 150

Твердый сплав

491

1,0

0,75

1,1

0,2

1,3

Быстрорежущая сталь

50

0,95

0,80

1,1

0

1,1

Обработка жаропрочной стали 12Х18Н9Т в состоянии поставки, НВ 141

Твердый сплав

218

0,92

0,78

1,0

0

1,15

Примечание.

1. Главную составляющую силы резания Р_z при фрезеровании алюминиевых сплавов рассчитывать как для стали, с введением коэффициента 0,25.

2. Главная составляющая силы резания Р_z , рассчитанная по табличным данным, соответствует работе фрезой без затупления. При затуплении фрезы до допускаемой величины износа главная составляющая силы резания возрастает: при обработке мягкой стали (s_в < 600 МПа) в 1,75...1,9 раза ; во всех остальных случаях - в 1,3...1,4 раза.

Таблица 17

Поправочный коэффициент К_m_р   зависимости силы резания от качества обрабатываемого материала для обработки стали и чугуна,

Обрабатываемый

материал

Расчетная

формула

Показатель степени n_p

при определении

окружной силы резания

Конструкционная

углеродистая и

легированная сталь :

s_в £ 600 МПа

   s_в > 600 МПа

К_m_р= ( s_в/750 )ⁿ^p

0,3 / 0,3

0,3 / 0,3

Серый чугун

К_m_р= ( НВ/190 )ⁿ^p

1,0 / 0,55

Ковкий чугун

К_m_р= ( НВ/150 )ⁿ^p

1,0 / 0,55

Примечание. В числителе приведены значения показателя степени n_p для

                        твердого сплава, в знаменателе - для быстрорежущей стали.

Таблица 18

Поправочный коэффициент К_vр   зависимости главной составляющей

силы резания от скорости резания

При скорости

V, м/мин

100

200

300

400

500

600

700

К_vрпри положи-тельных значениях

передних углов

1,0

0,92

0,86

0,83

0,80

0,78

0,77

К_vрпри отрица-тельных значениях

передних углов

1,0

0,87

0,80

0,77

0,73

0,71

0,70

Таблица 19

Поправочные коэффициенты   К_g_р   и   К_j_р зависимости силы резания

от геометрических параметров фрезы

Передний угол,

g ⁰

-20⁰

-15⁰

-10⁰

-5⁰

0⁰

+5⁰

+10⁰

+15⁰

+20⁰

K_g_p

1,39

1,32

1,26

1,20

1,12

1,07

1,00

0,94

0,87

Угол в плане,

j ⁰

15⁰

30⁰

45⁰

60⁰

75⁰

90⁰

K_j_p

1,24

1,15

1,06

1,00

1,04

1,08

Таблица 20

Паспортные данные вертикально-фрезерных станков

Станок

Паспортные данные

6Р13

Рабочая поверхность стола - 400 х 1600 мм.

Мощность электродвигателя главного движения N_э = 11 кВт. КПД станка h = 0,8.

Частота вращения шпинделя, мин^-1 : 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.

Подачи стола продольные и поперечные (мм/мин):   25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1050.

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола,   Р = 15000 Н.

6Р12

Рабочая поверхность стола - 520 х 1250 мм.

Мощность электродвигателя главного движения N_э= 7,5 кВт.

КПД станка h = 0,7.

Частота вращения шпинделя, мин^-1 : 31,5; 40; 50; 63; 80; 100;

125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.

Продольные подачи стола (мм/мин) : 25; 31,5; 40; 50; 63; 80;

100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250.

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола,   Р = 15000 Н.

Станок

Паспортные данные

6Р11

Рабочая поверхность стола - 250 х 1000 мм.

Мощность электродвигателя главного движения N_э= 5,5 кВт. КПД станка h = 0,8.

Частота вращения шпинделя, мин :   50; 63; 80; 100; 125; 160;

200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.

Продольные подачи стола (мм/мин):   35; 45; 55; 65; 85; 115; 135; 170; 210; 270; 330; 400; 530; 690; 835; 1020.

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола,   Р = 10000 Н.

6Н13

Рабочая поверхность стола - 400 х 1600 мм.

Мощность электродвигателя главного движения N_э =10 кВт. КПД станка h = 0,75.

Частота вращения шпинделя, мин^-1 :   30; 37,5; 47,5; 60; 75; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500. Подачи стола (мм/мин) :   23; 30; 37; 47; 60; 75; 95; 110; 150; 190; 240; 300; 370; 470; 600; 750; 1200.

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола,   Р = 20000 Н.

6Н12

Рабочая поверхность стола - 320 х 1250 мм.

Мощность электродвигателя главного движения N_э = 7 кВт.

КПД станка h = 0,75.

Частота вращения шпинделя, мин^-1 :   30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.

Подачи стола (мм/мин) :   19; 23,5; 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 900.

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола,   Р = 15000 Н.

Таблица 21

Вспомогательное время на установку и снятие детали

Масса детали, кг, до

Способ   установки

1

3

5

10

20

30

Время, мин

В центрах

0,2

0,5

0,6

0,7

1,0

1,4

В трехкулачковом патроне

0,1

0,2

0,3

0,4

0,6

-

В тисках с простой выверкой

0,3

0,6

0,7

0,8

1,0

-

В тисках с выверкой средней

сложности

0,4

0,9

1,2

1,5

2,0

-

На призмах

0,6

1,0

1,3

1,5

2,1

2,4

На столе с простой выверкой

0,7

0,9

1,2

1,6

1,8

2,2

На столе с выверкой средней

сложности

1,0

1,2

1,5

1,8

2,2

3,0

Таблица 22

Вспомогательное время на рабочий ход

Операции

Время, мин

Обработка плоскостей (первый проход с двумя

пробными стружками)

1,0

Обработка плоскостей (первый проход с одной

пробной стружкой)

0,7

Обработка плоскостей (последующие проходы)

0,1

Таблица 24

Подготовительно-заключительное время

Способ установки

Время, мин

На столе с креплением болтами и планками

24

В тисках

22

В центрах

28

В трехкулачковом патроне

16

В спецприспособлении

27

Таблица 23

Вспомогательное время на измерения

Измерительный

инструмент

Точность

измерения, мм;

квалитет

Измеряемый размер, мм

100

500

1000

Время, мин

Линейка

-

0,06

0,09

0,11

Угольник

-

0,10

0,24

-

Штанга раздвижная

-

-

0,17

0,21

Штангенциркуль

0,1 мм

0,02 мм

0,13

0,25

0,20

0,35

0,44

0,66

Микрометр

0,1 мм

0,22

0,30

-

Скоба двухсторонняя

11 ... 13

6 ... 10

0,07

0,16

-

-

-

-

Скоба односторонняя

11 ... 13

6 ... 10

0,06

0,06

0,13

0,20

-

-

Нутромер

(микрометрический штихмасс)

0,01 мм

0,15

0,18

0,34

Пробка двухсторонняя

    предельная

9 ... 10

6 ... 8

0,13

0,18

-

-

-

-

Индикатор

6 ... 10

0,08

-

-

Таблица 25

ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ

обработанной поверхности

(Класс

шероховатости)

Параметры   шероховатости, мкм

Базовая

длина l, мкм

Ra

Rz

-

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

-

100

80; 63;   50;     40

40; 32;   25;     20

20; 16;   12,5; 10

10;   8,0;   6,3; 5,0

5,0; 4,0;   3,2; 2,5

2,5; 2,0;   1,6; 1,25

1,25; 1,00; 0,80; 0,63

0,63; 0,50; 0,40; 0,32

0,32; 0,35; 0,20; 0,16

0,16; 0,125; 0,10; 0,08

0,08; 0,063; 0,05; 0,04

0,04; 0,032; 0,025; 0,020

0,02; 0,016; 0,012; 0,010

0,01; 0,008

1600;1250;1000;800

630; 500; 400

320; 250; 200; 160

160; 125; 100; 80

80; 63; 50; 40

40; 32; 25; 20

   20; 16; 12,5; 10,0

   10;   8;    6,3

   6,3; 5,0; 4,0; 3,2

   3,2; 2,5; 2,0; 1,60

1,6; 1,25; 1,0; 0,80

0,80; 0,63; 0,50; 0,40

0,40; 0,32; 0,20

0,20; 0,16; 0,125; 0,100

0,10; 0,08; 0,063; 0,050

0,05; 0,04; 0,032; 0,025



      25

      25

        8

        8

        8

2,5

2,5

0,8

0,8

0,8

    0,025

    0,025

    0,025

    0,025

0,08

0,08

   Примечание : 1. Параметр Ra является предпочтительным

                            2. Предпочтительные значения параметров подчеркнуты

Таблица 26

Варианты заданий по расчёту режима резания

при торцовом фрезеровании стали

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

предел

прочности

s_в , МПа

1000

950

900

850

800

800

700

650

600

550

500

твердость, НВ

280

265

250

235

220

210

205

200

185

160

150

припуск на обработку,

h мм

2

3,2

3,5

4

4,5

5

5,5

6.5

7,5

8,5

9

Размеры

заготовки :

ширина В, мм

длина L, мм

70

500

80

550

90

600

70

600

80

650

90

700

90

650

100

700

120

800

130

700

140

800

шероховатость, R_а, мкм

3,2

1,6

0,8

0,4

3,2

1,6

0,8

0,4

3,2

1,6

0,8

Род заготовки

прокат

поковка

отливка

прокат

Станок

6Р11

6Н12

6Н13

6Р12

Вариант

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

предел

прочности

s_в , МПа

1000

950

900

850

800

700

700

650

600

550

500

твердость, НВ

280

265

250

235

220

210

205

185

185

160

150

припуск на обработку,

h мм

8

13

15

14

10

8

9

8

7,5

6,5

10

Размеры

заготовки :

ширина В, мм

длина L, мм

90

600

100

650

120

700

80

700

90

850

110

900

100

550

120

600

140

700

130

900

150

900

шероховатость, R_а, мкм

3,2

1,6

0,8

0,4

3,2

1,6

0,8

0,4

3,2

1,6

0,8

Род заготовки

прокат

поковка

отливка

прокат

Станок

6Р13

6Н13

6Н12

6Р11

Баграмов Л.Г. Колокатов А.М.

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Часть I Торцовое фрезерование.

Методические рекомендации

План 2000, п.

Подписало в печать "__"______2000 г.   Объем        п.л.    Тираж 100 экз.

Формат                              Заказ                                  Цена - на халяву - руб.

------------------------------------------------------------------------------------------

Ротапринт Московского государственного агроинженерного

       университета имени В.П. Горячкина

12755О, Москва, И-55О, Тимирязевская ул., 58

Подрисуночные подписи

Рис. 1. Элементы движений в процессе резания при периферийном фрезеровании.

1 - направление скорости результирующего движения резания; 2 - направление скорости главного движения резания; 3 - рабочая плоскость Р_s; 4 - рассматриваемая точка режущей кромки; 5 - направление скорости движения подачи.

Рис. 2. Схема встречного и попутного фрезерования.

1 - обрабатываемая заготовка; 2 - стол станка; а_max - наибольшая толщина срезаемого слоя; S_z - подача на зуб фрезы; Р_г, Р_в - силы, действующие на заготовку; t - глубина резания.

Рис. 3. Геометрические элементы цилиндрической фрезы.

1 - передняя поверхность лезвия А_γ; 2 - главная режущая кромка К; 3 - вспомогательная режущая кромка К'; 4 - главная задняя поверхность лезвия А_α; 5 - вспомогательная задняя поверхность лезвия А'_α; 6 - вершина лезвия; 7 - корпус фрезы; 8 - зуб фрезы; 9 - спинка зуба; 10 - фаска; D - диаметр, L - длина фрезы; γ, α - передний и задний углы в главной секущей плоскости; γ_Н - передний угол в нормальной секущей плоскости; ω - угол наклона зуба.

Рис. 4. Координатные плоскости в статической системе координат при периферийном фрезеровании.

Р_vc - основная плоскость, Р_nc - плоскость резания, Р_τ - главная секущая плоскость, Р_Н - нормальная секущая плоскость.

Рис. 5. Геометрические элементы торцовой фрезы.

φ, φ_п, φ₁ - углы в плане главный, переходной режущей кромки и вспомогательный, D_S - движение подачи, S_z - подача на зуб, t - глубина резания, а - толщина срезаемого слоя одним зубом, f - величина переходной режущей кромки.

1.3. Схемы фрезерования и обрабатываемые поверхности.

Рис. 6. Схема обработки поверхностей заготовок на горизонтально и вертикально-фрезерных станках.

Рис. 7. Углы торцовой фрезы со вставными зубьями.

Рис. 8. Схемы торцового фрезерования.

а - симметричное неполное; б - несимметричное встречное; в - несимметричное попутное.

Рис. 9. Элементы режима резания при фрезеровании.

1 - заготовка, 2 - фреза цилиндрическая, 3 - фреза торцовая, t - глубина резания, D_Sпр - движение продольной подачи, D_r - главное движение резания, B - ширина фрезерования.