Расчет режимов резания при фрезеровании (Методические рекомендации)

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

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

- остальные - Kо =

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 КN определяется как

де KN - коэффициент использования станка по мощности /9/; NР -

мощность резания, кВт (в расчёте принимают ту часть технологической

операции, которая происходит с наибольшими затратами мощности резания); Nст

- мощность главного привода станка, кВт; ( - КПД станка.

Чем KN 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 cos? не будет равно 1,

т.е. при этом из сети расходуется также и реактивная энергия. С учётом

используемых электродвигателей примерные значения cos? будут следующими:

при загрузке 100% cos?=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 Nрез=3,2 кВт.

| | |6Р13 |6Н13 |6Р12 |6Н12 |6Р11 |

| |Мощность эл. двигателя |Nэд |11,0 |10,0 |7,5 |7,0 |5,5 |

| |Мощность холостого хода |Nхх |2,200|2,500|2,250|1,750|1,100|

| |Мощность резания |Nрез |3,200|3,200|3,200|3,200|3,200|

| |Активная мощность |P=Nхх+Nрез|5,400|5,700|5,450|4,950|4,300|

| |Коэффициент использования |KN |0,491|0,570|0,727|0,707|0,782|

| |Косинус фи |cos ? |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 |Кэф |0,585|0,635|0,718|0,708|0,740|

| | | | | | | | |

| |Излишне использованная |N из |3,831|3,276|2,141|2,042|1,511|

| | | | | | | | |

| |Неоправданные затраты |Nнеоп |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 - (в = 800 МПа (80 кг/мм2);

ширина обрабатываемой поверхности заготовки, В - 100 мм;

длина обрабатываемой поверхности заготовки, L - 800 мм;

требуемая шероховатость обработанной поверхности, Ra - 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 ?в ? 800 МПа и подачей для чернового фрезерования > 0,25

мм/зуб: ( = -50; ( = 80; ( = 450; (о = 22,50; (1 = 50; ( = 140; для

чистового фрезерования с подачей < 0,25 мм/зуб: ( = -50; ( = 150; ( = 600;

(о = 300; (1 = 50; ( = 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 Sz1 = 0,32…0,40 мм/зуб. Принимаем

меньшую величину для гарантированного обеспечения условия по мощности на

шпинделе Sz1 = 0,32 мм/зуб, подача на оборот составит . Sо1 = Sz1 ( 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 ?в ?

700 МПа с шероховатостью обработанной поверхности Ra = 0,8 мкм с углом (1 =

50 подача на оборот фрезы находится в пределах Sо2 = 0,30…0,20 мм/об.

Принимаем большую величину для повышения производительности процесса Sо2 =

0,30 мм/об. При этом подача не зуб составит

Sz2 = Sо2 / z = 0,30 / 12 = 0,025 мм/зуб.

3.2.2.3. Определение скорости резания.

Скорость резания определяем по формуле:

Значения коэффициента Cv и показателей степени определяем по таблице

11. Для чернового и чистового фрезерования конструкционной углеродистой

стали с ?в ? 750 МПа с применением твёрдосплавных пластин:

Cv = 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(v ( Kпv ( Kиv ( K(v

К(( находим по таблице 12 для обработки стали. Расчётная формула К(( =

Кг ( (750/(в)nv. По таблице 13 находим для обработки стали углеродистой с

?в > 550 МПа для материала инструмента из твёрдого сплава Кг = 1, nv = 1.

Тогда К((1,2 = 1 ( (750/800)1,0 = 0,938.

K(v находим по таблице 2.2.4. - 2 для чернового фрезерования при ( =

45о K(v1 = 1,1; для чистового фрезерования при ( = 60о K(v2 = 1,0.

Kпv находим по таблице 14 для обработки при черновом фрезеровании -

поковки Kпv1 = 0,8, при чистовом фрезеровании - без корки Kпv2 = 1.

Kиv находим по таблице 15 для обработки стали конструкционной фрезой с

пластинками из твёрдого сплава Т5К10 при черновом фрезеровании Kиv1 = 0,65,

с пластинками из твёрдого сплава Т15К6 при чистовом фрезеровании Kиv2 = 1.

Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен

Kv1 = 0,938 ( 1,1 ( 0,8 ( 0,65 = 0,535.

Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен

Kv2 = 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 nф1 = 200 мин-

1, для чистовой обработки nф2 = 1050 мин-1, т.е. выбираем ближайшие

наименьшие значения от расчётных. В результате этого изменится и

фактическая скорость резания, которая составит при черновой обработке

vф1 = ?Dn/1000 = 3,14 • 125 • 200/1000 = 78,50 м/мин ,

а при чистовой обработке

vф2 = ?Dn/1000 = 3,14 • 125 • 1050/1000 = 412,12 м/мин .

Для уточнения величин подач необходимо рассчитать скорость движения

подачи vS по величине подачи на зуб и на оборот

vS = So • n = Sz • z • n;

vS1 = 0,32 • 12 • 200 = 768 мм/мин ; vS2 = 0,3 • 1050 = 315

мм/мин.

По паспорту станка находим возможную настройку на скорость движения

подачи, выбирая ближайшие наименьшие значения, vS1 = 800 мм/мин, поскольку

эта величина только на 4,17% выше расчётной и vS2 = 315 мм/мин. Исходя из

принятых величин уточняем значения подач на зуб и на оборот

Soф1 = 800 / 200 = 4 мм/об; Szф1 = 4 / 12 =

0,333 мм/зуб;

Soф2 = 315 / 1050 = 0,3 мм/об; Szф2 = 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 : Nр ( Nшп.

Мощность на шпинделе

Nшп = Nэ ( ( = 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

?в > 600 МПа в 1,3…1,4 раза. Принимаем увеличение в 1,3 раза.

Общий поправочный коэффициент Kр = K(р ( Kvр ( K(р ( K(р .

К(р определяем по таблице 17 для обработки конструкционных

углеродистых и легированных сталей К(р = ( (в/750 )np, показатель степени

np = 0,3 , тогда К(р = ( 800/750 )0,3 = 1,02.

Kvр определяем по таблице 18 для черновой обработки при скорости

резания до 100 м/мин при отрицательных значениях переднего угла Kvр1 = 1,

для чистовой обработки при скорости резания до 600 м/мин Kvр2 = 0,71.

K(р и K(р определяем по таблице 19. При ( = -5о K(р = 1,20 и при ( =

45о K(р1 = 1,06, при ( = 60о K(р2 = 1,0.

Величина общего поправочного коэффициента составит

Кр1 = 1,02 ( 1 ( 1,20 ( 1,06 = 1,297; Кр2 = 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 Nр (

Nшп 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 vS1

= 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 Sz1 = 125/12 • 40 = 0,26 мм/зуб.

Подставив новое значение подачи на зуб в формулу расчёта главной

составляющей силы резания получим Pz1 = 31405,6 Н, крутящий момент станет

равным Мкр1 = 1960,3 Нм, мощность резания Nр1 = 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: Рг ( Рдоп.

Для станка 6Р13 Рдоп = 15000 Н.

Горизонтальная составляющая силы резания Рг при условии

несимметричного встречного чернового фрезерования

Рг = 0,6 ( Рz1 = 0,6 ( 31364,3 = 18818,58 Н.

Так как условие Рг ( Рдоп 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 Pz1 ( Pдоп / 0,6 ? 15000 / 0,6 ? 25000

Н. Из этого условия находим Sz1

По вновь выбранному значению Sz1 определяем vs1 = 0,192 ( 12 ( 40 =

92,16 мм/мин, ближайшее меньшее значение на станке vs1 = 80 мм/мин.

Фактическая подача на оборот фрезы составит Soф = 2 мм/об, фактическая

подача на зуб фрезы составит Szф = 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 |Для перехода |

| |измерения | |

| | |о |о |

|Глубина резания t |мм |5 |1 |

|Расчётная подача на зуб фрезы Sz |мм/зуб |0,323 |0,025 |

|Расчётная подача на оборот фрезы So |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 nф |об/мин |200 |1050 |

|Фактическая скорость резания vф |м/мин |78,50 |412,12 |

|Расчётная скорость движения подачи vS |мм/мин |768 |315 |

|Фактическая скорость движения подачи vSф |мм/мин |800 |315 |

|Фактическая подача на оборот фрезы Soф |мм/об |4 |0,3 |

|Фактическая подача на зуб фрезы Szф |мм/зуб |0,333 |0,025 |

|Главная составляющая силы резания Pz |Н |37826,7 |521 |

|Крутящий момент Мкр |Нм |2364,17 | |

|Мощность резания N |кВт |48,51 | |

|Первая корректировка режима резания |

|Главная составляющая силы резания Pz |Н |31364,3 | |

|Крутящий момент Мкр |Нм |1960,3 | |

|Мощность резания N |кВт |8,08 | |

|Горизонтальня составл. силы резания Pг |Н |18818,58| |

|Вторая корректировка режима резания |

Таким образом станок налаживается по следующим величинам:

Черновой переход nф1 = 40 мин-1, vS1 = 80 мм/мин;

Чистовой переход nф2 = 1050 мин-1, vS2 = 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

Тшт = То + Твсп + Тобс + Тотд

Вспомогательное время Твсп, 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

МЕНЮ

Расчет режимов резания при фрезеровании (Методические рекомендации)

ИНТЕРЕСНОЕ