Расчет режимов резания при фрезеровании (Методические рекомендации)

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 < Dф 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 Ra = 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 - Ra = 12,5...6,3 мкм (3...4 класс);

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

- тонкое фрезерование - Ra = 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

So(мм/об) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время,

соответствующее одному обороту фрезы, и подача на зуб Sz(мм/зуб) -

перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее

повороту фрезы на один угловой шаг зубьев.

Помимо этого рассматривается также скорость движения подачи vs (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 So и Sz. Используя зависимости: So = Sz ? z, vs = So ?

n где z - число зубьев фрезы, n - число оборотов фрезы (об/мин) определим

vs = So ? n = Sz ? z ? n.

Исходной величиной при черновом фрезеровании является подача на один

зуб Sz, 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 So,

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);

Sz - подача на зуб (мм/зуб);

B - ширина фрезерования (мм);

Z - число зубьев фрезы;

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

kv - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Величины Cv 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 Kv. 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 Kv, который представляет собой

произведение отдельных поправочных коэффициентов, Каждый из которых

отражает изменение, относительно исходных, отдельных параметров /5/ :

Kv = K(v ( Kпv ( Kиv ( K(v,

K(v - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства

обрабатываемого материала, таблицы 12, 13;

Kпv - коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя

заготовки, таблица 14;

Kиv - коэффициент, учитывающий инструментальный материал, таблица 15;

K(v - коэффициент, учитывающий величину ( - главного угла в плане,

Таблица 2.2.4. - 2

|( |150 |300 |450 |600 |750 |900 |

|K(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. nф ( n, где nф -

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):

vS(Sм) = Sz ( z ( nф = Sо ( nф (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:

Nр ( Nшп ,

где Nр - эффективная мощность резания, кВт;

Nшп - 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

Nшп = Nэ ( ( ,

где Nэ - мощность электродвигателя привода главного движения резания,

кВт, ( - КПД механизмов привода станка, ( = 0,7 ... 0,8.

Мощность резания при фрезеровании определяется по формуле

где Мкр - крутящий момент на шпинделе, Нм, n - число оборотов фрезы,

мин-1.

Крутящий момент на шпинделе станка определится по формуле:

где Рz - главная составляющая (касательная) силы резания, Н; D -

диаметр фрезы, мм.

Главная составляющая силы резания Pz при фрезеровании определяется по

формуле

где Cp - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие

условия;

Kp - общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение

коэффициентов, отражающих состояние отдельных параметров, влияющих на

величину силы резания,

Kр = K(р ( Kvр ( K(р ( K(v,

- K(р - коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой

заготовки (табл.17);

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

- K(р - коэффициент, учитывающий величину переднего угла ( (табл.19) ;

- K(р - коэффициент, учитывающий величину угла в плане ( (табл.19).

Значения коэффициента Ср и показателей степеней x , y, u, q, w

приведены в табл.16.

Величина радиальной составляющей силы резания Рy может быть определена

по соотношению Рy ? 0,4 Рz.

Если условие Nр ( Nшп не выдерживается, то необходимо уменьшить

скорость резания или изменить другие параметры резания.

При фрезеровании имеет большое значение представление силы резания по

вертикальной Pв и горизонтальной Рг составляющим. Горизонтальная

составляющая силы резания Рг представляет собой силу, которую необходимо

приложить для обеспечения движения подачи, она должна быть меньше (или

равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка:

Рг ( Рдоп, Н.

где Рдоп - 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 - Рг = (0,3...0,4) ( Рz;

- при несимметричном встречном - Рг = (0,6...0,8) ( Рz;

- при несимметричном попутном - Рг = (0,2...0,3) ( Рz ;

Если условие Рг ( Рдоп не выдерживается, необходимо уменьшить силу

резания Рz за счет уменьшения подачи на зуб Sz и, соответственно, скорости

движения подачи vS (минутной подачи Sм).

2.6. Расчёт времени выполнения операции и использования оборудования

Штучное время Тшт - время, затрачиваемое на выполнение операции,

определяется как интервал времени, равный отношению цикла технологической

операции к числу одновременно изготовляемых изделий и рассчитывается как

сумма составляющих

Тшт = То + Твсп + Тобс + Тотд, (мин)

где То - основное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на

изменение и последующее определение состояние предмета труда, т.е. время

непосредственного воздействия инструмента на заготовку;

Твсп - вспомогательное время, это часть штучного времени,

затрачиваемая на выполнение приёмов, необходимых для обеспечения

непосредственного воздействия на заготовку.

Тобс - 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.);

Тотд - 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:

Tоп = То + Твсп .

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 :

Тобс = (3...8 % ) ( Tоп; Тотд = (4...9 % ) ( Tоп; Тобс + Тотд ?

10% Tоп.

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 Тшк, 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 Тпз. 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 Тпз 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 Тшт - штучное время, мин; П - программа выполнения деталей в

смену, шт.;

Тсм - время работы станка в смену, ч. В расчётах принимается время

работы станка в смену Тсм = 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 Ко определяет его долю в общем времени,

затрачиваемом на выполнение операции

где Kо - коэффициент основного времени /9/.

Чем выше Kо, 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 Kо для разных станков находится в

следующих пределах

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5