Расчет режимов резания

Московский государственный технический университет им. Н.Э.
Баумана
Калужский филиал
В.К. Шаталов, Л.В. Лысенко
Расчет режимов резания
Методические указания
Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2012
УДК 621.96
ББК 34.63
Ш28
Рецензент:
доктор техн. наук, профессор кафедры М1-КФ Ф.И. Антонюк
Утверждено методической комиссией КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
(протокол № от)
Ш28 Шаталов В.К., Лысенко Л.В. Расчет режимов резания: Методические указания. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. —
с.
Методические указания предназначены для студентов факультетов МТК и КМК, выполняющих работы в лаборатории УТП.
Приведены основные сведения о порядке выполнения домашнего задания, выборе глубины резания и подачи, формулы расчета
скорости резания и силы резания, определения мощности станка,
в таблицах указаны показатели коэффициентов, используемых
в расчетных формулах, паспортные данные станков.
Методические указания включают расчет режимов резания при
обработке точением.
УДК 621.96
ББК 34.63
© Шаталов В.К., Лысенко Л.В. 2012
© Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012
2
Эффективность и качество изготовления деталей машин зависят
от рационального проведения процессов обработки металлов резанием, которое достигается в том случае, если:
а) режущая часть инструмента имеет оптимальные геометрические
параметры и качественную заточку лезвий;
б) обработка заготовок ведется с технически и экономически обоснованными параметрами подачи S и скорости резания V ;
в) кинематические и динамические возможности механизмов коробки подач и коробка скоростей станка позволяют реализовать
обоснованные значения подачи и скорости резания.
Под термином режимы резания понимается совокупность числовых значений глубины резания, подачи, скорости резания, геометрических параметров и стойкости режущей части инструментов, а также силы резания, мощности и других параметров
рабочего процесса резания, от которых зависят его техникоэкономические показатели. Режимные параметры взаимосвязаны и
поэтому нельзя произвольно изменять значения хотя бы одного из
них. не изменяя соответствующим образом всех прочих. При выборе и назначении режимов резания необходимо производить соответствующее согласование значений всех параметров с учетом
возможности их реализации на используемом оборудовании.
Решать задачи нужно в такой последовательности:
 начертить эскиз детали в положении, как она устанавливается на станке; указать утолщенной линией поверхность, обрабатываемую в соответствии с заданием, ее размеры и шероховатость;
 выбрать тип и модель металлорежущего станка;
 подобрать крепежное приспособление;
 выбрать режущий инструмент, его материал и геометрические параметры режущей части;
 рассчитать режим резания:
1) выбрать глубину резания для каждого перехода, если их несколько;
2) определить расчетом или выбрать значение подачи;
3) выбрать значение периода стойкости режущего инструмента;
3
4) рассчитать скорость резания, допускаемую режущим инструментом при выбранном периоде стойкости (при этом учесть поправочные коэффициенты); определить расчетную частоту вращения шпинделя станка в минуту по полученной расчетом скорости резания; выбрать ближайшую, меньшую к расчетной, частоту вращения шпинделя из имеющихся у станка, и по ней
определить фактическую скорость резания;
5) рассчитать силу резания (осевую силу) и крутящий момент при
сверлении с учетом поправочных коэффициентов;
6) сравнить расчетную силу подачи (осевую силу) с допускаемой
прочностью механизма подачи данного станка;
7) определить мощность, потребляемую на осуществление процесса резания, и сравнить ее с мощностью электродвигателя станка;
8) определить основное технологическое (машинное) время резания при обработке заданной части детали.
Выбор металлорежущего станка
Тип и модель станка выбирают в зависимости от выполняемой
операции обработки и габаритных размеров детали. Данные о
станках берут из каталога «Металлорежущие станки», Справочника
технолога-машиностроителя и других справочников и учебных руководств. Техническая характеристика некоторых станков приведена также в приложении. Данные по выбранному станку студент
должен записать в отчет; в конце расчетной части он должен сделать вывод о правильности выбора станка по коэффициенту использования его мощности. Однако в технической характеристике
(паспорте) металлорежущего станка указывают только минимальное и максимальное значения подачи s1 , , s z и частоты вращения
n1 , , nz , а также их количество. Поэтому необходимо определить
промежуточные значения sст И nст , которые на данном станке образуют стандартный ряд по закону геометрической профессии. Для
определения промежуточного значения необходимо найти знаменатель геометрической прогрессии:
s1  smin ; s2  s1; s3  s12 ; ; sz  smax  s1 z 1;
4
n1  nmin ; n2  n1; n3  n12 ; ; nz  nmax  n1 z 1,
где  — знаменатель геометрической прогрессии; z — число членов прогрессии (количество подач или частот вращения шпинделя);
s
n
  z 1 max ;   z 1 max .
smin
nmin
Стандартизированы следующие знаменатели рядов . Принятые в станкостроении: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0.
Подбор крепежного приспособления и способа креплении
Обрабатываемая заготовка крепится на станке при помощи приспособления. Решающее значение для выбора того или иного приспособления имеет размер серии обрабатываемых деталей: чем она
больше, тем целесообразнее применять более дорогое приспособление, например специальное, обеспечивающее высокую производительность труда. Применительно к заданному типу производства, серийному, экономически целесообразно использовать универсальные либо переналаживаемые специальные приспособления,
например кондукторы для сверления, установочно-зажимные
устройства и т.д.
Выбор режущего инструмента
Тип инструмента выбирают в соответствии с выполняемой операцией. Материал режущей части нужно выбирать в зависимости
от механических свойств обрабатываемого материала и характера
работы.
Геометрические параметры режущей части инструмента определяются в зависимости от механических свойств обрабатываемого
материала, материала режущей части инструмента, условий обработки и требуемой шероховатости обработанной поверхности. Значения геометрических параметров режущей части инструмента
смотрите в рекомендуемой литературе.
5
Выбор значения периода стойкости режущего инструмента
Стойкостью называется период работы режущего инструмента
до его затупления. Так как период стойкости инструмента оказывает наибольшее влияние на скорость резания, правильный выбор
этого фактора имеет большое значение.
Период стойкости колеблется в значительных пределах. Так, для
резцов из быстрорежущей стали период стойкости принимают равным 60 мин; для резцов с пластинами из твердого сплава — 90–120
мин; для сверл из быстрорежущей стали диаметром до 20 мм —
25–40 мин, а диаметром свыше 30 мм — 40–60 мин; для фрез цилиндрических из быстрорежущей стали — 120 мин, а со вставными
ножами из твердого сплава — 180–540 мин, Стойкость протяжек —
106–500 мин; шлифовального круга — 10–20 мин.
На величину стойкости инструмента существенное влияние оказывает смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). Как правило,
применение СОЖ облегчает стружкообразование и снижает температуру в зоне резания, что существенно повышает стойкость режущего инструмента.
Расчет режимов резания
Режимы резания при точении
Необходимо определить основные характеристики режима резания.
Глубина резания, толщина слоя металла (стружки), срезаемого
за один проход инструмента, обозначается t1 , мм. Выбор глубины
резания зависит главным образом от требуемого класса шероховатости обработанной поверхности и величины припуска. Припуск
до 2 мм срезается за один проход. Если он более 3 мм и требуется
низкая шероховатость, то припуск срезается за два прохода: один
черновой проход, когда глубина резания принимается равной 0,75–
0,85 от припуска, другой — чистовой, при котором срезается
оставшаяся часть.
При наружном продольном точении:
6
D0  D1
;
2
при расточке отверстий:
D  D0
t 1
,
2
где D0 — диаметр поверхности до обработки, мм; D1 — диаметр
поверхности после обработки, мм.
Подача s, мм/об (точнее, скорость подачи) — величина перемещения режущей кромки по направлению движения подачи вдоль
обрабатываемой поверхности за один оборот детали. Она зависит
главным образом о требуемого класса шероховатости, механических свойств обрабатываемой детали и свойств режущего инструмента. Численные значения подачи при черновой и чистовой обработке приведены в таблицах справочников и общемашиностроительных нормативов, указанных в рекомендуемой литературе.
Практическая подача для токарной обработки мм/об, принимается равной: при черновой обработке 0,4–0,8; при чистовой — 0,1–
0,3. Выбранная подача должна быть скорректирована по паспорту
металлорежущего станка. Необходимо чтобы sст  s.
Расчетная скорость резания при точении Vр , м/мин, вычисляетt
ся по эмпирической формуле:
С K
Vр  m V x V y ,
T V t V SстV
где CV — коэффициент, зависящий от качества обрабатываемого
материала и материала режущей части инструмента; KV — поправочный коэффициент, учитывающий реальные условия резания; T
— принятый период стойкости резца, мин; mV , xV , yV — показатели степени.
Поправочный коэффициент:
KV  K MV K ИV KT K ПV ,
где K MV — поправочный коэффициент, учитывающий влияние
обрабатываемого материала; K ИV — поправочный коэффициент,
зависящий от материала режущей части инструмента — марки
7
твердого сплава (табл. 2); K T — поправочный коэффициент, учитывающий влияние периода стойкости резца (табл. 3); K ПV — поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности
заготовки (табл. 4).
Таблица 1
Механические свойства конструкционных легированных сталей
и чугуна
Группа стали
Хромистая
Марганцовистая
Хромомарганцевая
Хромокремнистая
Хромокремнемарганцевая
Хромоникелевая
Хромоалюминиевая
Хромомолибденовая
8
Марка
стали
в ,
кгс/мм3
т ,
кгс/мм3
, %
15ХА
20ХА
30ХРА
40Х
15Г
20Г
40Г
40Г2
18ХГ
20ХГР
30ХГТ
40ХГТР
33ХС
40ХС
25ХГСА
30ХГС
30ХГСН2А
35ХГСА
20ХН
40ХН
12ХН3А
12Х2Н4А
20Х2Н4А
38Х2Ю
38Х2МЮА
15ХМ
30ХМА
40ХМФА
70
80
160
100
42
46
60
67
90
100
150
100
990
125
80
110
165
165
80
100
95
115
130
90
100
45
95
105
50
65
130
80
25
28
36
39
75
80
130
80
70
1190
65
85
140
130
60
80
70
95
110
75
85
28
75
13
12
11
9
10
26
24
17
12
10
9
9
11
13
12
12
10
9
9
14
11
11
10
9
10
14
21
12
9
Твердость
нормализованной
стали НВ,
не более
179
187
241
257
163
179
267
217
187
197
239
229
245
255
207
229
265
241
197
229
217
269
269
229
229
179
229
269
Серый чугун
Высокопрочный
чугун
Ковкий чугун
С412-28
С415-32
С418-36
С428-48
С440-60
В438-17
В450-2
В470-3
В4100-4
К430-6
К436-8
К445-8
12
15
18
28
40
38
50
70
100
30
33
45
60
143–229
163–229
170–229
170–241
207–269
140-170
180-260
220-275
302-269
163
163
241
269
Таблица 2
Поправочный коэффициент, учитывающий материал режущей
части инструмента
Марка твердого
сплава
Т5К10
Т15К6
Т30К4
K ИV
0,65
1,00
1,50
Марка твердого
сплава
ВК8
ВК6
K ИV
1,00
1,20
При точении резцом, оснащенным твердым сплавом для стали:
75
K MV 
;
в
для чугуна:
1,25
 190 
K MV  
 .
 HB 
Значения  в и НВ приведены в табл. 1.
Таблица 3
Поправочный коэффициент, учитывающий влияние периода
стойкости резца
Стойкость резца
T , мин
30
45
60
KT
1,15
1,06
1,00
Стойкость резца
T , мин
75
90
120
KT
0,94
0,92
0,87
9
Таблица 4
Поправочный коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки
Обрабатываемый
материал
Углеродистые,
легированные
стали и стальное
литье
Чугун серый
Предел прочности в ,
кгс/мм2
40–50
50–60
60–70
70–80
80–90
—
—
—
—
KПV для заготовки
Твердость по
Бринеллю НВ
с коркой
без корки
—
—
—
—
—
1,76
1,35
1,03
0,80
0,65
2,20
1,69
1,29
1,00
0,81
140–160
160–180
180–200
200–220
1,13
0,91
0,75
0,64
1,51
1,21
1,00
0,85
Определив поправочный коэффициент, находят скорость резания в зависимости от принятых значений стойкости глубины резания, подачи (принятой по станку). Значения CV , xV , yV , m приведены в табл. 5.
Таблица 5
Поправочные коэффициенты, учитывающие подачу резца
Обрабатываемый материал
и его механические
свойства
Сталь
Серый чугун
Подача, мм/об
CV
xV
yV
m
 s  0,3

 s  0,3
420
0,15
0,20
0,2
350
0,15
0,35
0,2
 s  0,4

 s  0,4
292
0,15
0,20
0,2
243
0,15
0,40
0,2
После определения расчетной скорости необходимо проверить
возможность осуществления ее на выбранном станке. Для этого
следует найти значение расчетной частоты вращения шпинделя nр ,
об/мин:
10
nр 
1000 Vр
,
D0
где Vр — расчетная скорость резания, м/мин; D0 — диаметр по-
верхности до обработки, мм.
Полученное значение расчетной частоты вращения шпинделя
сравнивают с имеющимся на металлорежущем станке и принимают
ближайшее меньшее (см. раздел «Выбор металлорежущего станка»
и приложение) nст  nр .
По принятому значению частоты вращения nст находят фактическую скорость резания Vф , м/мин:
D0nст
.
1000
Силу резания определяют по формуле, кгс,
Pz  CPt x S yV n K P .
Поправочный коэффициент:
K P  KмP KP ,
Vф 
где K мP — поправочный коэффициент на обрабатываемый материал (табл. 6); KP — поправочный коэффициент на главный угол
в плане резца (табл. 7).
Таблица 6
Поправочный коэффициент на обрабатываемы материал
Сталь
Чугун
в , кгс/мм2
KмP
40–50
51–60
61–70
71–80
81–90
0,76
0,82
0,89
1,00
1,10
НВ
140–160
161–180
181–200
201–220
221–240
KмP
0,88
0,94
1,00
1,06
1,12
11
Таблица 7
Поправочный коэффициент, учитывающий главный угол в
плане резца
KP
, град
Сталь
1,00
0,98
1,08
45
60
90
Чугун
1,00
0,96
0,92
Значения CP , xP , y P , nP при точении приведены в табл. 8.
Таблица 8
Значения CP , xP , y P , nP при точении
Обрабатываемый
материал
Сталь
Чугун
Материал режущей части
Твердый сплав
Быстрорежущая сталь
Твердый сплав
Быстрорежущая сталь
CP
xP
yP
nP
300
200
92
153
1
1
1
1
0,75
0,75
0,75
0,75
–0,15
0
0
0
Возможность осуществления на выбранном станке принятого
режима резания проверяют путем сопоставления расчетного значения силы подачи, определяемого по формуле Px  0,3Pz со значением силы, допускаемой механизмом подачи выбранного металлорежущего станка и указываемой в его паспорте, Px доп . Необходимо, чтобы Px доп  Px .
Эффективную мощность на резание N э , кВт, определяют по
формуле:
PzVф
Nэ 
.
102  60
Потребная мощность на шпинделе:
N
N пот  э ,
ст
где ст — КПД станка (см. приложение).
12
Коэффициент использования станка по мощности главного
электродвигателя:
N
K  пот  100%,
N ст
где N ст — мощность главного электродвигателя, кВт (см. приложение).
Основное технологическое (машинное) время, мин:
L
T0 
,
nст sст
где L — расчетная длина обработки поверхности, мм; nст — частота вращения детали или инструмента, об/мин; sст — подача,
об/мин; i — количество проходов, зависящее от припуска на механическую обработку, глубины резания и требуемого класса шероховатости.
Расчетная длина обработки при точении, мм:
L  l  l1  l2 ,
где l — действительная длина детали (чертежный размер), мм; l2
— величина резания, мм:
l1  l ctg ; l2   2  3 sст ,
где  — главный угол резца в плане; l2 — выход (пробег) инструмента, мм.
Приложение
Токарно-винторезные станки
Показатели
Наибольший диаметр
обрабатываемой детали,
мм
Расстояние между центрами, мм
1М61
Модели станков
1А616
16К20
320
320
415
1000
710
1000
13
Число ступеней частоты
вращения шпинделей
Частота вращения шпинделя, об/мин
Число ступеней подач
суппорта
Подача суппорта, мм/об:
- продольная
- поперечная
Мощность главного электродвигателя, кВт
КПД станка
Наибольшая сила подачи
механизмом подачи, кгс
24
21*
22**
12,5–1600
9–1800
12,5–1600
24
16*
42**
0,08–1,9
0,04–0,95
0,065–0,91
0,065–0,91
0,05–4,16
0,035–2,08
4
4
10
0,75
0,75
0,75
150
210
600
Список рекомендуемой литературы
1. Технология конструкционных материалов: Учебник для вузов /
Под ред. А.М. Дальского и др. Изд. 5-е, перераб. и доп. — М.:
Машиностроение, 2004. — 512 с.
2. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и
станки. Учебник для студентов вузов / Под ред. П.Г. Петрухи.
Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1975. — 656 с.
3. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. Учебник
для вузов. — М.: Высшая школа, 1985. — 304 с.
4. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2 / По ред. А.Н.
Малова. Изд. 3-е, перераб. — М.: Машиностроение, 1972. —
568 с.
5. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога машиностроителя. — М.: Машиностроение, 1986. — 854 с.
Для станка модели 1А616 частота вращения шпинделя, об/мин (выборочно):
90; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 500; 710; 900. Величина продольных подач,
мм/об (выборочно): 0,1; 0,13; 0,15; 0,17; 0,2; 0,23; 0,3; 0,4; 0,45; 0,5.
** Для станка модели 16К20 частота вращения шпинделя, об/мин; 12,5,16; 20;
25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400, 500; 630; 800; 1000; 1250;
1600. Величина продольных подач, мм/об: 0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15;
0,175; 0,2; 0,3; 0,35; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8.
*
14