V. Проверочный расчет режимов резания.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северо-Западный государственный заочный

Технический университет

Институт управления производственными и

Инновационными программами

Кафедра технологии автоматизированного машиностроения

Контрольная работа по дисциплине

«Теория резания и режущий инструмент».

Выполнила студентка: Шестакова Мария Дмитриевна

ИУПиИП

Курс: III

Специальность: 80502.65

Шифр: 5780304393

 

Оценка:

Преподаватель: Алексеева Любовь Борисовна

Подпись преподавателя:

Дата:

Санкт-Петербург

2008

Задача 1.

 

На токарно-винторезном станке модели 1К62 производится обтачивание цилиндрического валика.

Дано:

Заготовка: штамповка с коркой.

Крепление заготовки на станке: патрон.

Шероховатость обработанной поверхности: R_z = 20 мкм (R_a = 5 мкм).

Жесткость технологической системы СПИД: не жесткая.

Материал валика: СТ45; предел прочность: σ_B = 700 МПа.

Диаметр заготовки: D = 60 мм.

Диаметр валика: d = 55h12.

Длина заготовки: L = 385 мм.

Длина обработки: l = 385 мм.

Найти:

Рассчитать рациональные режимы резания при одноинструментальной обработке.

Валик обработать за два прохода: черновой и чистовой.

Токарная. Токарно-винторезный станок модели 1К62.

Рис. 1. Операционный эскиз обработки наружной поверхности токарным проходным прямым резцом.

	Режимы резания
	t, мм	S, мм/об	n, об/мм	V, м/мин
Черновой проход	1,875	0,78	500	94,2
Чистовой проход	0,625	0,23	1250	221

Решение.

I.  Выбор инструмента.

1. Тип резца – прямой проходной (Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. С74 Т.2/ под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил. В дальнейшем - Т-2) , (Т-2, стр. 119)

2. Выбор сечения:  25 x 16,согласовываем с паспортом станка (МУ, стр. 54).

3. Материал режущей части:

черновой проход –  твердый сплав Т15К6 (Т-2, стр. 116, таблица 3),

чистовой проход –  твердый сплав Т30К4 (Т-2, стр. 117, таблица 3).

4. Геометрические элементы выбранного резца:

Черновой проход:

— передний угол ,

— главный зад­ний угол ,

— главный угол в плане , 

— вспомогательный угол в плане φ₁ = 45º,

— форма передней поверхности – плоская с отрицатель­ной фаской,

— допустимый износ 0,1 мм.

Чистовой проход:

— передний угол ,

— главный зад­ний угол ,

— главный угол в плане , 

— вспомогательный угол в плане φ₁ = 45º,

— форма передней поверхности – криволинейная с фаской,

— допустимый  износ 0,1 мм.

Стойкость инструмента Т=60 мин.

 

II. Расчет глубины резания t,  мм.

 

Общая величина  ; = 0,25 t; 

t =   ^{60 - 55 .}   =  ^{5 .} = 2,5;      t _чист = 0,25 x 2,5 = 0,625 мм

                     ^{2             2}

= 2,5 - 0,625 = 1,875 мм     

t _черн  = 1,875 мм        t _чист = 0,625 мм

III. Выбор подачи S, мм/об.

 

1. Подбор по таблицам (нормативы):

черновое точение  S _черн  = 0,8 мм/об (Т-2, стр. 266, таблица 11),

чистовое точение  S _чист = 0,25 мм/об (при R_z = 20 мкм), (Т-2, стр. 268, таблица 14).

2. Корректировка подач по паспорту станка (МУ, приложение 1, стр. 54):

черновое точение S _черн = 0,78 мм/об;   

чистовое точение S  _чист =  0,23 мм/об.

 

IV. Расчет скорости резания V, м/мин.

 

1. Расчет теоретической скорости резания   для черного и чистового точения:

,   где

 

C_v  — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, вида работ и толщины среза, 

m, X_v, y_v — показатели степени при значениях стойкости инструмента T,

t — глубина резания,

S — подача,

K_v  — общий поправочный коэффициент на скорость резания.

Коэффициент C_v  и показатели степеней m, X_v, y_v подбираем по Т-2, стр.269, табл. 17.

 

В свою очередь расчет общего поправочного коэффициента производится по формуле:             , где

 

K_мv — поправочный коэффициент на физико-механические свойства обрабатываемого

материала, рассчитывается по формуле:  — для стали (Т-2, стр. 261, табл. 1)

 (K_r = 1 для материала режущего инструмента из твердого сплава,

n_v = 1 показатель степени при обработке резцами из твердого сплава

(Т-2, стр. 262,

K_Пv — поправочный коэффициент на состояние поверхности заготовки (Т-2,стр.263, табл.5),

K_Иv — поправочный коэффициент на марку инструментального материала(Т-2,стр.263,т. 6), 

K_φv — поправочный коэффициент на величину главного угла в плане φ, выбранного ранее для резца,

K_φ1 — поправочный коэффициент на вспомогательный угол в плане φ₁ (учитывает влияние

параметров резца на скорость резания),

K_rv — поправочный коэффициент, учитывающий влияние параметров резца на скорость

резания (учитывают только для резцов из быстрорежущей стали).

K_φv , K_φ1 (Т-2, стр. 271, табл. 18).

 

Произведем расчеты.

Черновое точение:

D = 60 мм

t _черн = 1,875 мм

S_черн = 0,78 мм/об

Инструмент:

φ = 45º

φ₁ = 45º

 

Общий поправочный коэффициент K_v :

K_мv = 1 x (750/700)¹  = 1,07;

K_Пv = 0,8 (т.к. материал заготовки – штамповка (поковка) с коркой);

K_Иv = 1,00 (т.к. марка инструментального материала Т15К6);

K_φv  = 1,0 (т.к. главный угол в плане φ = 45º);

K_φ1  = 0,87 (т.к. вспомогательный угол в плане φ₁ = 45º);

K_rv — не учитываем, т.к. материал резца – твердый сплав Т15К6.

Итак:  = 1,07 x 0,8 x 1,00 x 1,0 x 0,87 = 0,745; K _v = 0,745

По основной формуле :

C_v  = 340 (т.к. подача S > 0,7 (S _черн= 0,78 мм/об)),

m = 0,20 (т.к. наружное продольное точение прямым проходным резцом марки Т15К6),

X_v = 0,15 (т.к. наружное продольное точение прямым проходным резцом марки Т15К6),

y_v = 0,45 (т.к. подача S > 0,7 (S _черн= 0,78 мм/об)),

T = 60 мин,

t _черн = 1,875 мм;

S_черн = 0,78 мм/об;

K_v = 0,745.

 

V_{T черн} =  (340 / (60^0,20  x 1,875^0,15 x 0,78^0,45)) x 0,745 = (340 / (2,27 x 1.099 x 0.894)) x 0,745 =

= (340 / 2,23) x 0,745 = 152,466 x 0,745 = 113,587 мм/мин ≈ 114 мм/мин = 0,114 м/мин.

Чистовое точение:

D' = D – (2 x t _черн) = 60 - 2 x  1,875 = 60 – 3,75 = 56,25 мм

t _чист = 0,625 мм

S_чист = 0,23 мм/об

Инструмент:

φ = 45º

φ₁ = 45º

Общий поправочный коэффициент K_v :

K_мv = 1 x (750/700)¹  = 1,07;

K_Пv = 0,8 (т.к. материал заготовки – штамповка (поковка) с коркой);

K_Иv = 1,4 (т.к. марка инструментального материала Т30К4);

K_φv = 1,0 (т.к. главный угол в плане φ = 45º);

K_φ1  = 0,87 (т.к. вспомогательный угол в плане φ₁ = 45º);

K_rv — не учитываем, т.к. материал резца – твердый сплав Т30К4.

Итак:  = 1,07 x 0,8 x 1,4 x 1,0 x 0,87 = 1,042; K _v = 1,042

По основной формуле :

C_v = 420 (т.к. подача S > 0,3 (S _чист= 0,23 мм/об)),

m = 0,20 (т.к. наружное продольное точение прямым проходным резцом марки Т30К4),

X_v = 0,15 (т.к. наружное продольное точение прямым проходным резцом марки Т30К4),

y_v = 0,20 (т.к. подача S > 0,3 (S _чист= 0,23 мм/об)),

T = 60 мин,

t _чист = 0,625 мм;

S_чист = 0,23 мм/об;

K_v = 1,042.

 

V_{T чист} = (420 / (60^0,20  x 0,625^0,15 x 0,23^0,20)) x 1,042 = (420 / (2,27 x 0,931 x 0,745)) x 1,042 =

= (420 /1,574) x 1,042 = 266,836  x 1,042 = 278,043 мм/мин ≈ 278 мм/мин = 0,278 м/мин.  

Итак:

V_{T черн} = 0,114 м/мин                     V_{T чист} = 0,278 м/мин.

 

2. Определение частоты вращения шпинделя для черновой и чистовой обработки: , об/мин

Корректировка полученных значений по паспорту станка  …., …..

Черновое точение:

n_черн = (1000 x 114 ) / (3,14 x 60 ) =    114000 / 188,4 = 605,09 об/мин ≈ 605 об/мин.

Чистовое точение:

D' = D – (2 x t _черн) =  60 - 2  x  1,875 = 60 – 3,75 = 56,25 мм

 

n_чист = (1000 x 278 ) / (3,14 x 56,25 ) = 278000 / 176,625 = 1573,96 об/мин ≈ 1574 об/мин.

 Итак:

n_черн = 605 об/мин,                     n_чист = 1574 об/мин.

Корректировка полученных значений по паспорту станка (МУ, приложение 1, стр. 54):

 500 об/мин,               1250 об/мин.

3. Определение фактической скорости резания V_ф , м/мин.

; . 

V_{ф. черн} = (3,14 x 60 x 500) / 1000 = 94,2 м/мин,

V_{ф. чист} = (3,14 x 56,25 x 1250) / 1000 = 220,78 м/мин ≈ 221 м/мин.

V_{ф. черн} = 94,2 м/мин,                    V_{ф. чист} = 221 м/мин.

V. Проверочный расчет режимов резания.

 

Проводят в два этапа.

V .1. Первый этап.

 

Проверка выбранной скорости резания по критерию , где

 – мощность, потребляемая на резание,

 – мощность на шпинделе.

, где N_д – мощность главного электродвигателя,  

η – коэффициент полезного действия механизма главного привода станка.

 = 7,5 кВт,    т.к. 0,75; кВт   (МУ, приложение 1, стр. 54)

Для нахождения N_рез необходимо рассчитать тангенциальную составляющую силы резания (для чернового прохода).

1. Расчет тангенциальной составляющей силы резания (только для чернового точения)

 ,[Н]

Значение коэффициента  и показателей степеней , , (Т-2, стр.273, табл.22), зависят от обрабатываемого материала (СТ 45), материала рабочей части резца (твердый сплав), вида обработки (наружное продольное точение).

= 300,     

 = 1,0;      

 = 0,75;      

 = - 0,15.

K_Pz – общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение поправочных коэффициентов на механические свойства обрабатываемого материала и на выбранные геометрические параметры резца : , где

 , где n = 0,75 (Т-2, стр.264, табл.9),

,  ,  ,  (Т-2, стр.275, табл.23),

 - не учитываем, так как резец из твердого сплава.

K_{M p} = (700/750)^0,75 = 0,93^0,75 = 0,947

 = 1,0

 = 1,0

 = 1

K_Pz  = 0,947 x 1 x 1 x 1 = 0,947

P_z = 10 x 300 x 1,875¹ x 0,78^0,75 x 94,2^-0,15 x 0,947 = 10 x 300 x 1,875 x 0,829 x 0,550 x 0,947 = 22300 Н

P_z = 22300 Н

2. Расчет , кВт.

N _рез = (22300 x 94,2) / ( 60 x 1020) = 2100660 / 61200 = 34,33 кВт

N _рез = 34,33 кВт ; N _эф = 7,5 кВт => N _рез > N _эф, то есть условие  не выполняется, поэтому пересчитываем.    Для этого произведем дополнительные расчеты:

а) наибольшей скорости резания V_N , допускаемой станком — производят по формуле :  

                                 , м/мин.

   V_N = (7,5 x 60 x 1020) / 22300 = 459000 / 22300 = 20,58 м/мин.

б) частоты вращения шпинделя n _черн по формуле:

                                             , об/мин

n _черн = (1000 x 20,58) / (3,14 x 60) = 20580 / 188,4 = 109,24 об/мин.

Принимаем ближайшее по паспорту станка: n _черн = 100 об/мин (МУ, приложение 1, стр. 54).

в) пересчитываем , об/мин с учетом того, что n _черн = 100 об/мин:

V_{ф. черн} = (3,14 x 60 x 100) / 1000 = 18840 / 1000 = 18,84 м/мин

V_{ф. черн} = 18,84 м/мин

г) пересчитываем  ,[Н] (коэффициенты те же):

P_z =10 x 300 x 1,875¹ x 0,78^0,75 x 18,84^-0,15 x 0,947=10 x 300 x 1,875 x 0,829 x 0,643 x 0,947=2839,47 Н

    P_z = 2839,47 Н

 

А теперь, произведя дополнительные расчеты, мы можем пересчитать , если , то выбранная нами скорость была правильной.

 

, кВт.

 

N _рез = (2839,47 x 18,84) / ( 60 x 1020) = 53495,6 / 61200 = 0,874 кВт

 

N _рез = 0,87 кВт ; N _эф = 7,5 кВт => N _рез < N _эф, то есть условие   выполняется.

 

V .2 . Второй этап.

 

Проверка выбранной подачи S, мм/об.

а) Из расчета прочности державки резца на изгиб   (только при черновом точении)

(предельное значение)  ,  мм/об;        где

 МПа – допускаемое напряжение для материала державки резца;

l – вылет корпуса резца, мм; принимаем l = (1,5…2) x H, где H – высота резца; 

Н = 25, В = 16   – размеры выбранного сечения резца => l = 1,5 x 25 = 37,5

t _черн  = 1,875 мм   

V_{ф. черн} = 18,84 м/мин

Значения коэффициентов K_Pz ,  и показателей степеней , , такие же, как и при расчете первого этапа:

= 0,75, = 300, = 1, = -0,15,  = 0,947 (при черновом точении)

S _пр = ^0,75_√ (16 x 25² x 200) / (10 x 6 x 37,5 x 300 x 1,875¹ x 18,84^-0,15 x 0,947) =

= ^0,75_√ (16 x 625 x 200) / (10 x 6 x 37,5 x 300 x 1,875 x 0,643 x 0,947) =

= ^0,75_√ (2000000) / (770665,64) = ^0,75_√ 2,595 = 2,595^{1 / 0,75}  = 2,595^1,333 = 3,56 мм/об

S _пр = 3,56 мм/об;  S _{ст черн} = 0,78 мм/об  => S _пр > S _{ст черн} , то есть выполняется условие

б)  Из расчета жесткости державки резца   (только для чистового точения)

, мм/об;    где

МПа – модуль упругости державки резца,

м – допустимая стрела прогиба,

l – вылет корпуса  резца, мм; принимаем l = (1,5…2) x H, где H – высота резца;

Н = 25, В = 16 – размеры выбранного сечения резца => l = 1,5 x 25 = 37,5

t _чист = 0,625 мм

V_{ф. чист} = 221 м/мин.

Значения коэффициентов K_Pz ,  и показателей степеней , , такие же, как и в предыдущих случаях:

= 0,75, = 300, = 1,  = -0,15,  = 1,07 (при чистовом точении)

S _ж = ^0,75_√ (16 x 25³ x (2,2 x 10⁵) x (5 x 10^-4 ) / (10 x 4 x 37,5³ x 300 x 0,625¹ x 221^-0,15 x 1,07) =

    = ^0,75_√ (16 x 15625 x 220000 x 0,0005) / (10 x 4 x 52734,375 x 300 x 0,625 x 0,44 x 1,07) =

    = ^0,75_√ (27500000) / (186205078) = ^0,75_√ 0,147 = 0,147^{1 / 0,75}  = 0,147^1,333 = 0,07 мм/об  

S _ж = 0,07 мм/об, S _{ст чист} = 0,23 мм/об  =>  условие  не выполняется.

в) Проверка по заданной шероховатости (чистовое и п/чистовое точение) из расчета, что:

, мм/об

где ,  – главный и вспомогательный углы в плане, в рад;

 – радиус при вершине резца (мм) не учитывается, так как этот показатель включается если материал режущей части – быстрорежущая сталь, а у нас, как известно из условия задачи, твердый сплав.

= 0,008; = 0,30; =  1,40; =0,35  (МУ, стр.33, табл. 5)

,   = π / 4   => , = 3,14 / 4 = 0,785 рад

S _ст  ≤                   0,08 x 20^1,40         . =       0,08 x 66,29 . =  5,303 = 7,2 ≈ 7 мм/об

          0,625^0,30 x 0,785^0,35 x 0,785^0,35  0,868 x 0,92 x 0,92        0,735

S _{ст чист} = 0,23 мм/об , то есть выполняется условие (0,23  ≤ 7)  S _ст  ≤ 7 мм/об