Рекомендации к выполнению задачи 4

1. Выпишите исходные данные из табл. 4.

2. Зарисуйте схему обтачивания или растачивания (в соответ­ствии с вашими исходными данными), указав диаметры обрабаты­ваемой и обработанной поверхностей; направления главного движе­ния и движения подачи.

3. Выполните выбор резца.

– Выберите тип резца. Для обтачивания следует выбирать резцы проходные с отогнутой головкой или резцы проходные упорные. Для растачивания следует выбирать резцы расточные проходные или резцы расточные упорные.

– Выберите материал режущей части резца. Учитывая высокие
скорости резания, целесообразно выбирать для оснащения режущей части резцов твердые сплавы, принимая во внимание следующие рекомендации.

При обработке конструкционной стали (σ_e < 1000 МПа):

– при черновом точении использовать твердый сплав Т5К10;

– при получистовом точении использовать твердый сплав Т15К6;

– при чистовом точении использовать твер­дый сплав Т30К4.

При обработке чугунов (НВ < 200):

– при черновом точении использовать твер­дый сплав ВК8;

– при получистовом точении использовать твердый сплав ВК6;

– при чистовом точении использовать твер­дый сплав ВКЗ и ВК6М.

– Выберите конструктивные и геометрические параметры резца.

Конструкция резцов. Рекомендуется использовать резцы с напайными пластинками из твердого сплава или с пластинами с механическим креплением. Выбор конструктивных параметров выполняйте по справочни­ку [2].

Геометрические параметры. Для токарных резцов с напайными пластинками из твердого сплава следует выбрать: форму передней поверхности; передний угол γ; задний угол α; углы в плане φ и φ ₁; радиус при вершине r. Форма поверхности выбирается:

– плоской, если обрабатывают твердые материалы, дающие сыпучую стружку (стружка надлома);

– криволинейной, если обрабатывают пластичные мате­риалы, дающие лентовидную стружку (сливная струж­ка).

Величину переднего угла γ рекомендуется выбирать в зависимости от обрабатываемого материала:

– для обработки конструкционной стали γ = 10 – 15°;

– для обработки чугунов γ = 5 – 7°;

Величину заднего угла α рекомендуется выбирать в зависимости от вида обработки:

– для чернового точения α = 6 – 8°;

– для чистового точения α = 10 – 12°;

Величину главного угла в плане φ рекомендуется выби­рать в зависимости от жесткости технологической системы:

– при низкой жесткости φ = 90°;

– при нормальной жесткости φ = 45 – 90°;

– при высокой жесткости φ = 30 – 45°.

Величину вспомогательного угла в плане φ ₁ рекомендуется принимать в пределах от 7° до 10°.

Величина радиуса при вершине резца r выбирается в зависимости от требований к шероховатости поверхности в пределах от 0,2 мм до 2,0 мм. Чем выше класс шероховато­сти, тем больше величина r.

После выбора резца изобразите его эскиз с указанием конструктивных параметров и геометрических параметров.

4. Определите элементы режимов резания.

Определите глубину резания t по следующим формулам.

Для наружного точения:

,

где D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм; d – диаметр обработанной поверхности, мм.

Для растачивания:

,

где D – диаметр обработанной поверхности, мм; d – диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

Рекомендуется окончательно назначать глубину резания t максимально возможной с учетом технических требований и вида обработки:

– при черновом точении t = 5 – 7 мм;

– при получистовом точении t = 0,5 – 5 мм;

– при чистовом точении t < 0,5 мм;

Выберите величину подачи на один оборот S_o. При выборе подачи следует пользоваться справочником [2, с. 364 – 367].

Выбранную по справочнику подачу нужно откорректировать по паспорту станка (прил. 1 – 5). Принимать следует величину, бли­жайшую к справочной.

Рассчитайте скорость резания V. Расчёт скорости резания следует выполнять по справочнику [2, с. 363], используя эмпирическую формулу

.

Значения постоянной C_V, периода стойкости Т, показателей степеней m, x, y и системы коэффициентов K_V выбирите из справочника [2, с. 367 – 368].

Рассчитав скорость резания, определите соответствующее число оборотов шпинделя станка n по формуле

,

где V – рассчитанная скорость резания, м/мин; D – диаметр обрабатываемой (или обработанной при растачи­вании) поверхности, мм.

Полученное число оборотов n соотнесите с паспортными данны­ми станка (прил. 1 – 5). Выберите ближайшее к рассчитанному – n_ст. Если n и n_ст не совпадают, необходимо рассчитать скорость реза­ния, соответствующую V_ст:

.

Изменение скорости резания по сравнению с рассчитанной требу­ет корректировки принятого периода стойкости Т. Рассчитайте действительный период стойкости Т_д, соответствующий скорости V_ст:

.

5. Выполните проверку выбранных режимов резания.

Рассчитайте составляющие силы резания Р_х, Р_y и Р_z, пользуясь справочником [2, с. 372 – 374], по формулам

.

Проверьте величину выбранной подачи по прочности детали.

Условием сохранения прочности обрабатываемой детали является выполнение неравенства

, (1)

Р_ПР.Д. – сила, допускаемая прочностью детали, которая определяется по формуле

,

где C – коэффициент, учитывающий способ крепления детали в приспособлении; W – момент сопротивления детали, мм³; σ_в – предел прочности обрабатываемого материала, МПа; l – длина детали, мм.

Коэффициент С может принимать следующие значения:

при установке детали в патроне, С = 3;

при установке детали в центрах, С = 48;

при установке детали в патроне с поджатым задним центром, С = 110.

Момент сопротивления детали W определяется по формуле для тел вращения

,

где D – диаметр детали, мм.

Предел прочности обрабатываемого материала σ_в приведен в числе исходных данных в табл. 4

Внимание! Рассчитывая P_ПР.Д. приведите в соответствие единицы измерения величин W и l, учитывая, что МПа = Н/м², а W и l выра­жены в мм³ и мм, и их нужно перевести в м³ и м.

Если неравенство (1) не выполняется, выбранную подачу следует уменьшить.

Проверьте величину выбранной подачи по жесткости детали.

Условием сохранения жесткости и связанной с ней точности изготовления детали является соблюдение неравенства

, (2)

где P_Ж.ДЕТ. – сила, допускаемая жесткостью детали, которая определяется по формуле

,

где C – коэффициент, учитывающий способ крепления детали в приспособлении; Е – модуль упругости, Н/мм³; J – момент инерции, мм⁴; l – длина детали, мм; f – стрела прогиба, мм.

Стрела прогиба определяется по формуле f = 0,0031· l, мм.

Модуль упругости для стали Е = (2,0 – 2,2) · 10⁵, Н/мм, а для чугуна Е = (0,8 – 1,6) · 10⁵, Н/мм².

Момент инерции J для тел вращения определяется по формуле

.

Если неравенство (2) не выполняется, выбранную подачу следует уменьшить.

Проверьте величину выбранной подачи по прочности резца.

Условием сохранения прочности резца служит соблюдение неравенства

, (3)

где M_изг – момент от силы P_z, изгибающий резец; M_доп – момент, допустимый по прочности державки резца.

Момент от силы P_z определяется по формуле M_изг = P_z · L, H·м, где L – длина вылета резца, определяемая по формуле L = 1,5 · H, где Н – высота сечения державки, мм.

Момент, допустимый по прочности державки резца определяется по формуле

,

где σ_изг – допускаемое напряжение на изгиб материала державки резца, МПа. Для Ст. 45 σ_изг = 200 МПа; W – момент сопротивления прямоугольного сечения державки резца, определяемое по формуле

,

где В, Н – соответственно ширина и высота сечения державки, мм.

Внимание! Рассчитывая М_изг и М_доп приведите в соответствие единицы измерения величин, чтобы в результате выразить момент в Н·м.

Если неравенство (3) не выполняется, выбранную подачу следует уменьшить.

Проверьте выбранную подачу по прочности механизма подачи токарного станка. Условием сохранения прочности механизма подачи станка, служит выполнение следующего неравенства:

, (4)

где P_р-ш – сила, допускаемая прочностью зуба реечной шестерни механизма подачи станка, Н.

Величина P_р-ш выбирается по паспортным данным станка (прил. 1 – 5) и сравнивается с величиной силы Р_х.

Если неравенство (4) не выполняется, величину подачи следует снизить.

Проверьте величину скорости резания по мощности станка.

Обработка детали на станке с определенной скоростью резания может выполняться, если эффективная мощность резания N_е не будет превышать расчетную мощность станка N_р, т.е. будет выполняться неравенство

. (5)

Расчетная мощность станка N_р определяется по формуле

,

где N_ст – мощность электродвигателя станка, кВт, выбирается по паспортным данным станка [прил. 1 – 5]; η – КПД механизма главного движения станка, выбирается по паспортным данным [прил. 1 – 5].

Эффективная мощность станка определяется по формуле

,

где Р_z – тангенциальная составляющая силы резания, Н; V_ст – скорость резания, рассчитанная по выбранной частоте вращения шпинделя станка, м/мин.

Если неравенство (5) не выполняется необходимо, либо выбрать более мощный станок, либо уменьшить скорость резания. В последнем случае откорректированная скорость резания V_корр может быть определена из неравенства

.

При снижении скорости резания V_корр следует рассчитать соответствующий ей период стойкости Т_корр

.

6. Рассчитайте основное машинное время и ресурс режущего инструмента.

Основное машинное время определяется по формуле

,

где l – длина обработанной поверхности детали, мм; n – число оборотов станка, соответствующее либо V_ст, либо V_корр (если скорость резания корректировалась в ходе проверки), об/мин; S _o – откорректированная подача, мм/об.

Ресурс резца Р определяется количеством заготовок, обработанных за период его стойкости, и рассчитывается по форму­ле

,

где Т – период стойкости резца, мин. В расчете используется Т_д или Т_корр (если скорость резания и период стойкости корректирова­лись в ходе проверки); τ_o – основное машинное время, мин.

7. Сформулируйте вывод о возможности обработки задан­ной детали на заданном станке в рассчитанном режиме резания и за­пишите окончательные значения t, S_о, V, Т, n, τ_o и Р.