Расчет реж.резания

Федеральное агентство по образованию
Московский государственный технический университет «МАМИ»
Кафедра «Технология машиностроения»
УТВЕРЖДЕНО
методической комиссией
по специальности 151001
СмелянскийВ.М.
Мишин В.Н.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе № 9Т
«Расчет оптимальных режимов резания на токарных
одношпиндельных полуавтоматах»
по курсу «Технология машиностроения»
для специальности 151001.65
Москва – 2007
2
Введение
Расчет режимов резания по упрощенным методикам или же выбор их по
таблицам не всегда может привести к оптимальному результату. В первую
очередь это справедливо для много инструментальной обработки, широко
используемой в массовом производстве.
В данной работе студент может ознакомиться с методикой расчета
режимов резания, которая позволяет рассмотреть различные варианты
обработки
и
получить
по
каждому
варианту
развернутые
технико-
экономические показатели.
Такими показателями могут быть: скорость резания V, стойкость
инструмента Т, производительность обработки N, себестоимость обработки Q,
затраты на инструмент Qин.
После анализа этих показателей выбирают тот или иной вариант
обработки. Критерием оптимальности являются, как правило, себестоимость Q,
производительность N, и реже затраты на инструмент Qин.
Цель работы
Ознакомиться с методикой расчета режимов резания для токарных
одношпиндельных
полуавтоматов
и
определить
влияние
концентрации
операции на производительность и себестоимость обработки.
Методические указания к расчету режимов резания
При расчете режимов резания следует рассмотреть все возможные
скорости резания, допустимые станком. Количество возможных скоростей
резания определяется количеством ступеней чисел оборотов шпинделя станка.
Для каждой ступени следует вычислить величины N,Q, а также затраты,
связанные с работой режущего инструмента Qин. По полученным данным
строится соответствующий график, пример которого показан на рис. 1.
3
Рис. 1
На основе анализа графиков выбирается оптимальный уровень режимов
резания.
Для определения оптимального количества режущих инструментов,
участвующих в наладке необходимо произвести расчеты для различных
вариантов наладки, а затем построить графики зависимости N и Q от
количества инструментов (рис.2).
Рис. 2
В работе предусмотрено сравнение 3-х вариантов обработки:
1. Четырьмя резцами на токарном полуавтомате IA720.
2. Семью резцами на токарном полуавтомате IA720.
4
3. Десятью резцами на токарном полуавтомате IA720.
Последовательность расчета режимов резания предполагает, что наладка и
все ее параметры, кроме режимов резания, известны. Глубина резания
принимается равной величине припуска. Расчет часовой производительности
станка N производится по следующей методике.
I.
I.
Расчет часовой производительности станка
Определение длины рабочего хода для каждого резца, участвующего
в наладке
lрхi=l рез +l доп + У,
где
lрх –
длина рабочего хода, мм (здесь и в дальнейшем значком ( i )
определяется порядковый номер инструмента);
l рез – длина резания, мм.
l доп –
дополнительная длина рабочего хода, связанная с конструктивной
особенностью наладки, мм.
У –
часть длины рабочего хода, связанная с подводом, врезанием и
перебегом инструмента, мм. Величина У берется из табл. №I.
2. Определение длины рабочего хода каждого суппорта.
Длина рабочего хода суппорта определяется по резцу, имеющему
наибольшую длину рабочего хода.
3. Выбор подачи инструментов на оборот шпинделя.
Подачи суппортов токарного станка выбираются в зависимости от
суммарной глубины (или ширины) резания. Значения приведены в табл.№2.
После выбора подач обоих суппортов производится их выравнивание по
машинному времени, для чего определяют отношение
l рх
S
первого и второго
суппортов. Если, например, окажется, что это отношение для второго суппорта
меньше, чем для первого, то подачу второго суппорта определяют по формуле:
5
Предварительная токарная обработка
Вариант №1
Вариант №2
6
Вариант №3
S II =
Полученные
значения
подач
l рхII ⋅ S I
l рхI
корректируются
в
соответствии
с
кинематикой станка (см. табл. №3).
4. Определение скорости резания V100 для каждого резца, участвующего в
наладке, при условии его стойкости равной 100 мин.
Для проходных, подрезных и расточных резцов
V100i = CV SY KM Kϕ KK K0 KU Kb
Значения всех коэффициентов приведены в приложении в таблицах 4-11.
5. Определение скорости резания V каждого резца при каждом числе
оборотов шпинделя.
Vij =
π ⋅ Di ⋅ n j
1000
Здесь и в дальнейшем значком j будем обозначать номер ступени числа
оборотов.
Значение ступеней чисел оборотов приведены в табл. 3.
6. Определение коэффициентов скорости резания
7
µ ij =
Vij
V100
7. Определение стойкости резцов Tij в минутах резания по формуле
1
при µ < l b
T = 100 ⋅ l a (1−
при µ > l
1−b ln µ
)
1
b
T = 100 ⋅ l
1

a  ln µ − 
b

Значение коэффициентов a и b приведены в табл. 12.
8. Определение времени резания для каждого резца
Т резij =
l резi
n j ⋅S i
9. Определение стойкости резцов в деталях
Qij =
Tij
Tрезij
10. Определение времени на смену, наладку и под наладку режущего
инструмента, отнесенного к одной детали.
n
T0 j = 2∑
i =1
Пi
Qij ,
где П – время на смену, наладку и под наладку режущего инструмента
(см. табл.23.).
II. Определение времени рабочего хода всех суппортов
TРХςj =
Здесь и в дальнейшем значком
суппорта.
l рхς
n j ⋅ Sς
ς мы будем определять порядковый номер
8
12. Определение времени ТРХ ς рабочего хода по станку.
При одновременной работе суппортов время рабочего хода по станку
определяется наибольшим временем работы суппортов.
При последовательной работе – суммой времен рабочих ходов суппортов.
13. Определение машинного времени
TMj =TРХj +Tхх ,
где ТХХ – время рабочего хода суппорта, для нашего случая ТХХ =0,05 мин.
14. Определение штучного времени
Тштj = (TMj + Тb) 1,05 + Тoj ,
где Тb – вспомогательное время, необходимое для установки и снятия
детали, для нашего случая Тb =0,25 мин.
Коэффициент 1,05 учитывает время, необходимое на организационные и
естественные потребности рабочего.
15. Определение часовой производительности станка при 100% загрузки.
N штj =
II.
60
Tштj
Определение затрат, связанных с работой режущего инструмента
n
(E ⋅ Пi + Ci )
i =1
Qij
θ инj = ∑
,
где Е – стоимость станкоминуты, которая для токарных станков типа IA720
равна 1,5 коп.(условно)
С – средняя стоимость инструмента за период его стойкости.
Для резцов из твердого сплава величина С = 12 коп.(условно)
III. Определение стоимости операции
Qij =E Tм j +θин j ,
IV.
Проверка режимов резания по мощности
1. Расчет эффективной мощности резания Nэ для каждого резца.
9
N Эшо =
PZ ⋅ V j
6120
,
где PZ – тангенциальная сила резания.
Для проходных, подрезных и расточных резцов PZ определяется по
формуле
PZ = CP t S0.15 Vn KM Kϕ Kj Kb ,
где t – глубина резания.
Значение всех коэффициентов приведены в табл. № 13.
2. Определение пиковой нагрузки
n
N nj = ∑ N эij
i =1
3. Определение максимальной возможной пиковой нагрузки
N nr =2 Nдв⋅η ,
где η - к.п.д. станка (табл. №3)
Nдв – мощность двигателя (табл. №3).
Изложенная методика требует большого количества расчетных работ,
которые успешно могут быть реализованы лишь при применении электронновычислительной машины (ЭВМ). Поэтому в рамках лабораторной работы
студенты не производят полного расчета режимов резания, а ограничиваются
определением
и
нахождением
исходных
данных
и
поправочных
коэффициентов, которые заносятся в карту исходной информации (КИИ)
протокола. Расчет часовой производительности и себестоимости обработки
производится на одну ступень чисел оборотов. Этот результат и результаты
расчета по другим ступеням чисел оборотов, заранее полученные на ЭВМ,
являются исходными данными для построения графиков (см. рис. 1 и рис.2.).
Для проведения расчета студенты разбиваются на 3 группы. Каждая группа
производит расчеты по одному из 3-х вариантов. По окончании расчетов
группы обмениваются результатами и строят графики. По графикам
определяют оптимальный вариант обработки.
10
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с методическими указаниями по расчету режимов
резания.
2. Произвести расчет часовой производительности станка.
а) Произвести расчеты по пунктам 1-3, руководствуясь данными наладки и
табл. №1,№2,№3.
б) Заполнить карту исходной информации, руководствуясь данными
наладки и табл. №4-17 и табл. №23.
в) Произвести расчеты по пунктам 1-9. С целью приобретения навыков
расчета режимов резания вычисления по пунктам 1-9 студенты производят
для каждого резца (i), но лишь для 6 ступени (j = 6) чисел оборотов (см.
табл. 3), т.е. для n = 412 об/мин. Если при выполнении расчетов студент
встречается степенной зависимостью, то их определение производится по
табл. № 18-22. После выполнения пункта 9, значения стойкости резцов в
деталях Qij заносятся в протокол. Данные по стойкости для других
ступеней в протокол переносятся из табл. 24, заранее просчитанной на
ЭВМ.
г) Произвести расчеты по пунктам 10-15.
С целью сокращения времени эти расчеты, как и все нижеследующие
целесообразно производить через одну ступень, например, только для
четных ступеней чисел оборотов шпинделя.
Полученные значения занести в протокол.
3. Определить стоимость затрат на режущий инструмент.
Результаты занести в протокол.
4. Определить стоимость операции. Результаты занести в протокол.
5. Для
всех
трех
вариантов
построить
графики
зависимостей
производительности станка N себестоимости операции Q и затрат,
связанных с работой инструмента Q
оборотов шпинделя станка (см. рис. 1).
ин
от номера ступени числа
11
6. Построить графики зависимости N и Q от количества инструментов в
наладке (см. рис.2).
7. По табл. 24, значения которой получены на ЭВМ, проверить
ограничение по мощности для всех ступеней чисел оборотов.
8. Произвести анализ результатов расчета, сделать вывод и выбрать
оптимальный вариант обработки.
Предпочтительным является тот вариант режимов резания, при котором
все три показателя будут оптимальными. Если оптимальность этих
показателей не будет совпадать, то предпочтение отдается варианту с
минимальной себестоимостью. Если же станок лимитирует работу
поточной линии, выбор варианта следует производить по графику
производительности.
Величины подвода, врезания и перебега
Составляющая длины рабочего хода
Y = YПОДВ + YВРЕЗ + YП
Величины врезания, YВРЕЗ
Таблица№1
Схема резания
Угол в
плане ϕ,
град
Глубина резания t, мм
1
2
3
4
5
6
45
60
70-75
1
1
1
2
2
1
3
2
1
4
3
1
5
3
2
6
4
2
45-90
2
4
6
8
10
12
45
60
70-75
1
1
1
2
1
1
2
2
1
3
2
1
4
3
2
4
3
2
12
2. Величина подвода и перебега YПОДВ+YП ,мм
Состояние заготовки
Предварительно обточенные и
прокатанные
Поковки, отливки
Точение на проход
Точение в упор
4
2
6
3
Рекомендуемые подачи на 1 оборот шпинделя S0 при точении стальных и
чугунных деталей.
Таблица №2
Обрабатываемый
металл
Сталь
Чугун
Суммарная глубина и ширина резания резцами
установленными на суппорте (Σt + Σb), мм
До 3
5
10
20
40
Подача S0 мм/об
0,6
0,4
0,3
0,25
0,2
0,8
0,6
0,45
0,35
0,25
13
Паспортные данные станка 1А720
Номер ступени,
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
№
Число оборотов
шпинделя,
146 183 214 274 329 412 493 628 742 947 1110 1400
об/мин
Таблица №3
D
22
26
29
34
38
43
47
52
56
61
64
68
E
68
64
61
56
52
47
43
38
34
29
26
22
При продольной подаче на 1 об. шпинделя
При поперечной подаче на 1 об. шпинделя
0,11 0,017 0,02 0,025
0,15
0,02
0,03
0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,11 0,13 0,16
0,03 0,035 0,045 0,05 0,07 0,08 0,10 0,12 0,15 0,18 0,22
0,22 0,035 0,04
0,05
0,065 0,08 0,10 0,12 0,15 0,18 0,23 0,26 0,33
0,33
0,05
0,06
0,08
0,10
0,12 0,15 0,18 0,22 0,26 0,34 0,39 0,50
0,47
0,07
0,09
0,11
0,14
0,17 0,21 0,25 0,31 0,37 0,48 0,55 0,71
0,70
0,11
0,14
0,16
0,20
0,25 0,31 0,37 0,46 0,55 0,72 0,82 1,07
1,00
0,16
0,20
0,25
0,30
0,36 0,45 0,54 0,68 0,81 1,07 1,27 1,64
1,45
0,23
0,28
0,33
0,42
0,51 0,64 0,77 0,96 1,15 1,50 1,72 2,17
Эффективная мощность привода
NЭФ = 7,00 квт
η = 0,75 ÷ 0,85
14
Поправочные коэффициенты на скорость V100
Поправочные коэффициенты CV и Y
Таблица №4
Материал
инструмента
Обрабатываемый
материал
Сталь
Ковкий чугун
Серый чугун
Сталь
Ковкий чугун
Серый чугун
Быстрорежущая
сталь
Твердый сплав
Глубина резания t, мм
t≤1
1<t≤3
t>3
СV
Y
CV
Y
CV
Y
30,8
-0,39 20,5 -0,52 17,8 -0,565
40
-0,182 30,3 -0,305 27,3 -0,356
30,5 -0,182 25 -0,324 20,2 -0,362
91
-0,21
71 -0,316 64 -0,360
106 -0,182 79 -0,306 73 -0,356
86
-0,182 67 -0,324 59 -0,362
Поправочные коэффициенты по углу в плане Кϕ
Таблица№5
Глубина резания в мм
Обрабатываемый
материал
Материал
инструмента
t≤1
1<t≤3
t>3
Поправочные коэффициенты
Сталь
Чугун
Быстрорежущая
сталь
1
2,58 ϕ-0,22
10,4 ϕ-0,57
Твердый сплав
1
1,53 ϕ-0,1
2,92 ϕ-0,27
1
1,72 ϕ-0,12
3,2 ϕ-0,29
Быстрорежущая
сталь
Твердый чугун
Поправочные коэффициенты по марке твердого сплава Кu
Таблица№6
Марка твердого сплава
Обрабатываемый
материал
ВК2 ВК3 ВК4 ВК6 ВК8 Т5К10 Т14К8 Т15К6 Т30К4
Сталь
-
-
-
-
0,8
1
1,25
1,55
2,15
Чугун
1,4
1,25
1,2
1,15
1,0
-
-
-
-
15
Поправочные коэффициенты по виду обработки Кb
Таблица№7
Вид обработки
Материал
инструмента
Наружное
Растачипродольное
вание
точение
Быстрорежущая сталь
1,0
0,9
Твердый сплав
1,0
0,9
Поперечное точение
D − 2l РЕЗ
+ 1.267
D
D − 2l РЕЗ
K d = −0.133
+ 1.317
D
K D = −0.133
Поправочные коэффициенты по состоянию обрабатываемой поверхности КК
Таблица№8
Сталь
Без
корки и
холод.
Пракат.
поковка
Горячий
прокат
Свободная
ковка
Стальное
литье
Коэффициенты КК
1
0,95
0,9
0,85
0,8
Очищенная корка
Неочищенная корка
Без
корки НВ ≤ 250 НВ>250 НВ ≤ 170 НВдо220 НВ>220
Ковкий и
магниевый
Коэффициенты КК
чугуны
1
0,75
0,85
0,7
0,85
1
Неочищенная
Без ковки
Очищенная корка
корка
Серый чугун
Коэффициенты КК
1
0,8
0,85
Поправочные коэффициенты по наличию охлаждения
Таблица №9
Вид обработки
Работа с охлаждением
Работа без охлаждения
Точение, сверление
1
0,8
Поправочные коэффициенты по обрабатываемости стали КМ = КН Кгр
Коэффициент по твердости КМ
Таблица№10
Вид обработки
Точение
Материал инструмента
Быстрорежущая сталь
Твердый сплав
Формулы для КН
НВ<140
НВ ≥ 140
НВ
1,8
140
1, 5
 207 


 НВ 
270
НВ
16
Коэффициент по группе стали Кгр для точения
Таблица№11
Марки обрабатываемой
сталей
Материал инструмента
Быстрорежущая сталь
А12,А20,А30,А40Г
1,2
0.8,10,15,20,30,35,40,45
1
15Г,20Г,30Г,40Г,65Г,40Г2
0,8
15Х,20Х,35Х,40Х,45Х,12Х3
0,85
40ХН,12ХН3А,12Х2Н4,45ХН
0,8
Коэффициенты в формулы стойкости
Твердый сплав
1,1
1
0,9
0,85
0,9
Таблица№12
Инстру- Обрабатываемый
a
мент
материал
Сталь
-3,8465
Ковкий чугун
-3,9692
Быстрорежущая сталь
Серый чугун
-3,5101
Сталь
-4,6951
Ковкий чугун
-3,7431
Твердый сплав
Серый чугун
-4,0208
Поправочные коэффициенты на силу Pz
Резцы
Материал инструмента
b
1,9206
2,3100
3,0896
0,9591
1,4073
1,6209
Таблица№13
Материал инструмента
Быстрорежущая сталь
Твердый сплав
CP
n
CP
n
Сталь
200
0
300
-0,15
Ковкий чугун
113
0
113
0
Серый чугун
115
0
110
0
Поправочный коэффициент по твердости КМ
Обрабатываемый
материал
Таблица№14
Материал
инструмента
Быстрорежущая
сталь
Твердый сплав
Обрабатываемый материал
Ковкий
Сталь
чугун
НВ=167
НВ>167
 НВ 


 207 
0 , 35
 НВ 


 207 
 НВ 


 207 
0 , 35
Серый чугун
0 , 75
 НВ 


 150 
0 , 55
 НВ 


 190 
0 , 55
17
Поправочный коэффициент по главному углу в плане, kϕ
Таблица№15
Материал инструмента
Быстрорежущая сталь
Твердый сплав
Поправочный коэффициент kϕ
-0,175
1,95ϕ
при ϕ<450;
1,95 ϕ-0,175
-0,11
0
1,52ϕ при ϕ>45
1,58 ϕ-0,12
1,58 ϕ-0,12
Обрабатываемый
материал
Сталь
Ковкий чугун
Серый чугун
Поправочный коэффициент по переднему углу kγ
Таблица№16
Материал инструмента
Быстрорежущая сталь
Твердый сплав
Поправочный коэффициент kγ
Обрабатываемый
материал
Сталь,
Чугун
-0,012γ + 1,12
-0,01γ + 1,1
Поправочный коэффициент по радиусу при вершине Kr
Таблица№17
Сталь, ковкий чугун
Серый чугун
Kr = (0,5 r)0.1
Kr = (0.5 r)0.07
Зависимость Т от µ для стали при µ <l1/3
29
35
43
53
55
80
100
126
161
210
282
390
569
Т
899
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
1632
µ
4104
Таблица№18
18
НВ 
Значение 

0 , 35
 207 
Таблица№19
НВ
 НВ 


 207 
187
197
207
217
227
237
247
0,96
0,98
1,0
1,02
1,03
1,05
1,06
0 , 35
Значение ϕ-0,175
Таблица№20
ϕ
45
60
75
90
ϕ-0,175
0,51
0,49
0,47
0,45
Значение (0,5)0,1
Таблица№21
r
0,3
0,5
0,7
0,9
1,0
1,2
1,4
1,6
2,0
(0.5r)0.1
0,83
0,87
0,90
0,92
0,93
0,95
0,96
0,98
1,0
Значение S-0,21
Таблица№22
S мм/об
S-0,21
S мм/об
S-0,21
0,01
2,53
0,2
1,40
0,02
2,27
0,3
1,29
0,03
2,09
0,4
1,21
0,04
1,96
0,5
1,20
0,05
1,87
0,6
1,16
0,06
1,80
0,7
1,11
0,07
1,75
0,8
1,07
0,08
1,70
0,9
1,04
0,09
1,65
1,0
1,02
0,1
1,62
Время на смену наладки и под наладки инструмента за период стойкости ПМИН
Таблица№23
Наименование и тип
инструмента
Резцы проходные
Резцы подрезные
Характер
работы
Черновая
Чистовая
Черновая
Чистовая
Станки
Одношпинд.
Многошпинд.
2
3
4,5
5,5
2,5
3
5
7
19
Таблица№24
Стойкость резцов в деталях
Вариант№3
Вариант№2
Вариант №1
№ ин-та
№
Стойкость
вар.
резц.
Q2
Q4
Q6
Q8
Q10
Q12
Q2
Q4
Q6
Q8
Q10
Q12
Q2
Q4
Q6
Q8
Q10
Q12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
609
445
877
699
1365
1090
1428
1112
154
53
27
969
718
228
129
131
1385 1385
1070 1070
537
305
84
2139 2139
1726 1726
500
257
33
1733
1336
969
718
265 265
467 467
882 882
579
104 104
231 231
521 521
287
11
11
66
66
242 242
79
1455 1455 1455 2080 2080 2080 3213 3213 3213 2013
1078 1078 1078 1607 1607 1007 2593 2593 2593 1829
128
399 399 399 701 701 701 1326 1326 1326 647
156 156 156 348 348 348 782 782 782 305
17
17
17
100 100 100 364 364 364
70
Суммарная
мощность
ΣN ,квт
2.5
3.6
5.0
7.2
10.2
14.3
3.2
4.5
6.4
9.1
129
18
4.7
6.5
9.3
13.3
18.9
26
20
МГТУ «МАМИ»
Кафедра «Технология
машиностроения»
Лабораторная работа №9Т
«Расчет оптимальных режимов
резания на токарных
одношпиндельных
полуавтоматах»
Предварительная токарная обработка
Работа суппортов – параллельная
Обрабатываемый материал – сталь 45
Твердость материала – НВ 207
Обработка без охлаждения
Материал резцов – Т15К6
Глубина резания – t=1,0 мм
Шероховатость детали – Rz 40 мкм
Геометрия режущего инструмента
№ резца
1-9
10
ϕ
90°
90°
γ
10°
10°
r
0,5
1,0
Группа _________
Студент _________
21
KU
KK
KO
KM
Карта исходной информации
Данные общие для резцов
a
b
ТХХ Твсп l РХ
S
C
E
Данные различные для резцов
№
Числа
оборотов резц. СV
Коэффициенты для V100
Y S Kb Kϕ D l РЕЗ
П
Коэффициенты для Pz
t CP n KM Kϕ Kγ Kr
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Стойкость резцов в деталях
Q2
Q4
Q6
Q8
Q10
Q12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вариант№
№ ин-та
Qij
Время на смену и под наладку инструмента, отнесенное к одной детали
ТС2
ТС4
ТС6
ТС8
ТС10
ТС12
Вариант№
№ ин-та
ТCij
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ni
∑Q
ij
22
Затраты, связанные с работой инструмента
Qин2
Qин4
Qин6
Qин8
Qин10
Qин12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ΣQин
Вариант№
№ ин-та
Qин-та
Производительность и себестоимость обработки
2
Вариант№
№ ступени
ТРХ
ТМАШ
ТШТ
N шт/мин
QКОП
ΣNЭ
4
6
8
10
12
23