Расчет и табличное определение режимов резания при фрезеровании
методическая разработка на тему

Расчёт и табличное определение режимов резания при фрезеровании

Дано: Материал заготовки – Серый чугун, 210 НВ

     Вид обработки – черновое торцовое фрезерование плоскости шириной В=80 мм, длиной l = 120 мм.

   Припуск на обработку h = 2мм.

     Заготовка – отливка.

     Обработка без охлаждения.

      Станок вертикально-фрезерный 6Т12

Необходимо: выбрать режущий инструмент; назначить режим резания; определить основное время.

                       Решение

    1 Выбираем фрезу и устанавливаем её геометрические параметры (см. Приложение 1). Для торцового фрезерования диаметр фрезы определяется по формуле

                          Dф = 1,6 · В                                     (1)

   где  В – ширина фрезерования, мм.

                           Dф = 1,6 · 80 = 128 мм

   Принимаем стандартное значение диаметра торцовой насадной  фрезы со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава ВК6 по ГОСТ 9473-80  Dф = 125 мм [1, с.187].

  Число зубьев фрезы, оснащенной твердым сплавом, определяется по формуле

                             z = (0,08÷0,1)·D,                                 (2)

  где обозначения прежние

                       z = (0,08÷0,1)·125 = 10 шт.

  Определим геометрические параметры торцовой фрезы:   ω=35 °;  φ1 = 1;  φ=30 °;   α1 = 8 °;   αn = 12 °;   γ = 10 ° [4, с.390].* 1

  2 Назначаем режим резания

  Глубина резания определяется по заданию t=h=2мм

  Назначаем стойкость инструмента и его допустимый износ: Т = 180 мин [1, с.290], hз = 2 мм [5, с.50]* 2

  Назначаем подачу, мм/зуб* 3 

   Sz = 0,2 – 0,4 мм/зуб.

  Принимаем Sz = 0,3 мм/зуб [1, с.283].

  Определяем скорость резания, допускаемую режущими свойствами фрезы, аналитическим методом по формуле

                          ,                            (3)

  где Сv , q, m, x, y, u, p -  коэффициент и показатели степени,

      Сv = 445, q = 0,2, m = 0,32, x = 0,15, y =0,35, u = 0,2, p = 0  [1, с.286]

      Dф – диаметр фрезы, мм;

      Т – стойкость инструмента, мин;

      t – глубина резания, мм;

      Sz –подача на зуб, мм/зуб;

      В – ширина фрезерования, мм;

      z – число зубьев фрезы;

      Кv – поправочный коэффициент на скорость резания

                                                                (4)

  где Км – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

____________________________________________________________________________________

* 1 Дополнительные источники: [2, с.248] [4, с.369] [4, с.676, 790, 945] [6, с.366]

* 2 Дополнительные источники: [2, с.444] [4, с.400] [6, с.203]

* 3 Если в справочной литературе дана подача на оборот Sо, мм/об, необходимо найти подачу на зуб по формуле Sz = So/z,   где z – число зубье

                                   [1, с.262]                         (5)

  где НВ – фактические параметры обрабатываемого материала;

      n – показатель степени,

      n = 0,95 [1, с.262];

       Кп - коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки,

      Кп = 0,8 [1, с.263];

      Ки - коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала,

      Ки = 1 [1, с.263];

м/мин

  Определим скорость резания табличным методом

                                    v = vТ · Kv ,                                 (6)

  где vТ – табличное значение скорости резания,

       vТ = 126 м/мин        [9, с.307]

       Кv – поправочный коэффициент на скорость резания

                        Kv = Kм· Kи· Kn· Кс· Кф· Kо · Kв · Kφ,                        (7)

 где Kм – коэффициент, учитывающий марку обрабатываемого материала    

     Kм  = 0,89  [9, с.20];

     Kи  - коэффициент, учитывающий материал инструмента

     Kи =  1,0 [9, с.308];

     Kn  - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности

     Kn = 0,8 [9, с.308];

     Кс - коэффициент, учитывающий шифр типовой схемы фрезерования

     Кс = -

     Кф - коэффициент, учитывающий форму обрабатываемой поверхности

     Кф = -

     Kо - коэффициент, учитывающий условия обработки

     Kо = 1,0 [9, с.308];

     Kв – коэффициент, учитывающий отношение фактической ширины фрезерования к нормативной

     Kв = 1,0 [9, с.309];

     K φ  - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане

     K φ = 1,3 [9, с.308].

   Подставляя значения в формулу 7 и 6, получим

                       Кv = 0,89 · 1 · 0,8 · 1 · 1 · 1,3  = 0,92

                           v = 126 · 0,92 = 116,6 м/мин

   Определим частоту вращения шпинделя по формуле

                                                                   (8)

 где Vрез – аналитическая скорость резания;

    остальные обозначения прежние

                                об/мин

   Корректируем частоту вращения по паспорту станка

        nд = 315 об/мин  [7, с.422]

   Определим действительную скорость резания, м/мин, по формуле

                                                                   (9)

   где обозначения прежние

                                м/мин

    Находим минутную подачу, м/мин, по формуле

                                    SM = Sz · z ·nд                               (10)

  где Sz – подача на зуб, мм/зуб;

       z – число зубьев фрезы, шт;

       nд – действительная частота вращения шпинделя, об/мин

                              SM = 0,3 · 10 · 315 = 945 м/мин

 Корректируем подачу по паспорту станка. Принимаем SMд = 1000 м/мин [7, с.422]

Из формулы 10 найдем подачу на зуб

                             Sz = мм/зуб

 Определяем силу резания, Н, по формуле

                            ,                         (11)

 где Сp , x, y, u, q, w -  коэффициент и показатели степени,

      Ср = 54,5;  x = 0,9, y =0,74, u = 1,0, q = 1, w = 0  [1, с.291]

      Dф – диаметр фрезы, мм;

      t – глубина резания, мм;

      Sz –подача на зуб, мм/зуб;

      В – ширина фрезерования, мм;

      z – число зубьев фрезы;

      n – действительная частота вращения шпинделя, об/мин;

      Кмр – поправочный коэффициент на силу резания, учитывающий обрабатываемый материал

                                             [1, с.264]                (12)

   где НВ – фактические параметры обрабатываемого материала;

      n – показатель степени,

      n = 1,0 [1, с.264];

                        Н

   Сравниваем силу резания с допустимой силой механизма станка

                                    Pz < Pzдоп                                   (13)

  где Pzдоп = 15000 Н [7, с.422];

                                  2639 < 15000 Н,

следовательно, выбранная подача допустима

  Определяем крутящий момент, Н·м

                                                                  (14)

   где обозначения прежние

                                   Н·м

   Находим мощность, затрачиваемую на резание, по формуле

                                 ,                                 (15)

  где Рz – сила резания, Н;

      vд – действительная скорость резания, м/мин

  Сравниваем мощность резания с мощностью привода станка

                                  Nрез ≤ Nшп ,                                   (16)

  где Nшп – мощность шпинделя станка

                                Nшп = Nэ.дв · η,                                   (17)

  где Nэ.дв – мощность электродвигателя станка, кВт

       Nэ.дв  = 7,5 кВт  [7, с.422];

       η  - КПД станка

       η = 0,8    [7, с.422]

                               Nшп = 7,5 · 0,8 = 6 кВт

   Так как 5,4< 6 кВт, следовательно, обработка возможна

   3 Определяем основное время, мин, по формуле

                                      ,                               (18)

  где L – длина пути инструмента или детали в направлении подачи, мм, определяется по формуле

                             L = l + l1 + l2 ,                                     (19)

  где l – длина обрабатываемой поверхности, мм;

      l1 – длина врезания, мм

      l1 = 19 мм [3, с.84];

      l2 – длина перебега фрезы, мм

      l2 = 1 ÷ 6 мм [3, с.84]. Принимаем l2 = 5 мм

                           L = 120 + 19 + 5 = 144 мм

      SМ – минутная подача, м/мин;

       i – число проходов

                                   i = h|t                                       (20)

  где h – припуск на обработку, мм;

      t – глубина резания, мм.

Так как h = t, то i = 1

  По формуле 18

                                  мм

Рисунок 1 – Схема фрезерования плоскости торцовой фрезой

Перечень использованной литературы

 1   Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога – машиностроителя,  Т2. М.: Машиностроение, 1986. 496 с.  

 2   Малов А.Н. Справочник технолога – машиностроителя, Т2 М.: Машиностроение, 1973 г.

 3 Антонюк В.Е. и др. Краткий справочник технолога механического цеха. Минск: Беларусь, 1968 г.

 4  Малов А.Н. Справочник металлиста., Т3 М.: Машиностроение, 1977 г.

 5  Абрамов Ф.Н. Справочник по обработке металлов резанием. К.:  Машиностроение, 1983. 239 с.

 6 Общемашиностроительные нормативы режимов резания, 4.1 – М.: Машиностроение, 1974 г.

 7  Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. М.: Машиностроение, 1990.-448 с.

 8 Долматовский Г.А. Справочник технолога, М.: Машиностроение, 1956 г.

 9 Баранчиков В.И., Жаринов А.В. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов. – М.: Машиностроение, 1990.-400 с.

                                                                      Приложение 1

Выбор диаметра фрезы в зависимости от вида фрезерования

При торцовом фрезеровании диаметр фрезы определяется по формуле

                           Dф = 1,6 · В,                                  

   где  В – ширина фрезерования, мм.

      При фрезеровании дисковыми фрезами диаметр фрезы выбирается по ГОСТ в зависимости от ширины фрезерования В.

    При фрезеровании концевыми и шпоночными фрезами диаметр фрезы можно принимать равным ширине фрезерования В.

Определение числа зубьев фрезы

      Число зубьев фрезы из быстрорежущей стали при черновой обработке определяется по формуле

                                  ,

  где Dф – диаметр фрезы, мм  

      При чистовой обработке 

    Для фрез, оснащенных твердым сплавом, число зубьев определяется следующим образом:

• для обработки чугуна      z = (0,08÷0,1)·D;
• для обработки стали       z = (0,04÷0,06)·D;

  Для цилиндрических фрез число зубьев определяется по формуле

                                   ,

  где m – коэффициент, определяется по таблице 1

  Таблица 1

Расчёт составляющих силы резания и мощности при точении по эмпирическим формулам    

Дано: Материал заготовки - Сталь 20 (σв = 500 МПа).

      Вид обработки – наружное продольное точение.

      Глубина резания t = 4 мм.

      Подача Sо = 0,7 мм/об.

      Скорость резания v = 140 м/мин.

      Геометрические элементы резца: φ=45º, φ1=45º, α=8º, γ=+10º, λ=+5º,

      r=1 мм, форма передней поверхности резца - радиусная с фаской.

      Материал резца – Т15К6.    

      Станок токарно-винторезный 16К20

Необходимо: определить Pz , Py ,Px ; возможность обработки

                        Решение

Определим составляющие силы резания по эмпирической формуле

                                               (1)

 где Ср – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, материала инструмента и условий обработки;

     t – глубина резания, мм;

     S – подача на оборот, мм/об;

    v – скорость резания, м/мин:

    x, y, n – показатели степени;

    Кр – поправочный коэффициент на силу резания

                                                    (2)

  где Км – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

      Кφ – коэффициент, зависящий от главного угла в плане;

      Кγ – коэффициент, зависящий от переднего угла;

      Кλ – коэффициент, зависящий от угла наклона режущей кромки;

      Кr – коэффициент, зависящий от радиуса при вершине.

     По источнику 1 (с.273-275) заполним таблицы 1 и 2

  Таблица 1

      Таблица 2

 Определим коэффициент на обрабатываемый материал для стали

                                  [1, с.264]                       (3)

  где σв = 500 МПа, по заданию;

      n – показатель степени, n = 0,75 [1, с.264]

  Определим коэффициенты на составляющие силы резания по формуле 2, подставляя в формулу значения из таблицы 2

Определим составляющие силы резания по формуле 1, подставляя в формулу значения из таблицы 1 и 2

   Определим мощность, затрачиваемую на резание, и сравним её с мощностью станка по формуле

                                                           (4)

                                  Nрез ≤ Nшп,                               (5)

   где Nшп – мощность шпинделя станка, кВт, определяется по формуле

                                 Nшп = Nэ.д. · η,                            (6)

  где Nэ.д. – мощность двигателя станка, кВт,

       η – к.п.д. станка

      Nэ.д. = 10 кВт; η = 0,75 [2, с.421]

 остальные обозначения прежние

Nшп = 10 · 0,75 = 7,5 кВт

7,2 < 7,5,

следовательно, обработка возможна

Перечень использованной литературы

1  Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога – машиностроителя.  Т 2. М.: Машиностроение, 1986. 496 с.  

2  Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. М.: Машиностроение, 1990.-448 с.