ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Краткие сведения о режиме резания

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу «Резание: металлорежущие станки и инструменты»

(вариант задания 18)

«ВЫБОР РЕЖИМА РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛИ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ»

Специальность 050501.15 – «Профессиональное обучение (автомобили и автомобильное хозяйство)»

Исполнитель:

студентка 4 курса факультета

технологии, изобразительного

искусства и профессионального

образования

OIUYTREW

Преподаватель:

к.т.н., доцент кафедры ТиППО

Семергей Сергей Васильевич

Ростов-на-Дону

Введение.

Токарные станки составляют около 50% станочного парка машиностроительной промышленности. На токарных станках выполняются основные операции по изготовлению типовых деталей машин: обтачивание валиков цилиндрической и конической формы, растачивание отверстий, нарезание резьбы наружных и внутренних, торцевание, отрезка, прорезка торцов и галтелей.

Для наружного точения применяются проходные резцы. Если продольная подача не параллельна линии центров, то можно получить не цилиндрическую поверхность, а коническую.

Растачивание применяется для обработки внутренних поверхностей отверстий, для увеличения диаметров отверстий. При растачивании применяют расточные глухие и сквозные резцы.

Отрезание применяется для отрезки готовой детали, для разрезки заготовок. Для отрезания применяются узкие отрезные резцы.

Прорезка применяется для нарезания различных канавок. Прорезные - это те же самые резцы, что и отрезные, но ширина режущей кромки у них должна равняться ширине паза.

Подрезка применяется для обработки торцов заготовки, а также для обработки наклонных поверхностей. Подрезка производится подрезными резцами.

Итак, на токарных станках можно получить почти все виды деталей, имеющих форму тел вращения.

Основные положения теории резания металлов при эксплуатации станков и инструментов сводятся к назначению режимов резания с наиболее полным использованием режущих свойств инструмента, кинематических и динамических данных станка при непременном условии получения качественной обработанной поверхности.

Назначить основные элементы режима резания - это значит определить глубину резания, подачу, скорость резания (число оборотов) и основное время.

Для назначения элементов режима резания необходимо знать материал обрабатываемой детали (заготовки) и его физико-механические свойства, размеры заготовки, размеры детали и технические условия ее изготовление, материал и геометрию режущего инструмента, его размеры, максимально - допустимый износ и стойкость, кинематические данные станка, на котором будут обрабатывать заготовку.

Краткие сведения о режиме резания

Важнейшие эксплуатационные свойства деталей машин (износо-стойкость, контактная жесткость, предел выносливости, коррозионная стойкость и др.) в значительной степени определяются параметрами поверхностного слоя детали. Система параметров поверхностного слоя (ППС) включает в себя геометрические показатели поверхностных слоев (шероховатость, волнистость, макроотклонения), физико-механические свойства материалов детали и физико-механические свойства поверхностных слоев. Совокупность указанных свойств определяет качество обработанной поверхности. При получистовой и чистовой обработке деталей машин определяющие параметры поверхностного слоя, как правило, осуществляются механическими методами, к числу которых принадлежат лезвийная (точение, фрезерование, строгание и т.д.) и абразивная (шлифо-вание, полирование, суперфиниш и т.д.) обработки.

Многообразие механических методов обработки, станков, инст-рументов и материалов для изготовления деталей предоставляет широкие возможности в обеспечении требуемых параметров поверхностного слоя.

Достижение необходимых значений параметров поверхностного слоя, определяющих качество обработанной поверхности, является одним из условий рациональности режима резания.

В широком смысле под рациональным режимом резания понимается такой режим, который обеспечивает наиболее полное использование возможностей станка и режущих свойств инструмента при условии обеспечения необходимого качества обработки и минимальной её себестоимости.

Назначение режимов обработки резанием рассматривается как технико-экономическая задача. Режимы обработки оказывают влияние на показатели производства как технические, так и экономические. В связи с

этим, расчет режимов резания является одной из самых массовых задач в

машиностроении.

Особое значение при расчете режимов резания имеет зависимость

между стойкостью режущего инструмента, скоростью резания, подачей и

глубиной резания, а также геометрическими параметрами режущего инструмента.

При расчете режимов резания целесообразно учитывать фактор оптимизации их по одному из критериев оптимизации: максимуму производительности, минимуму себестоимости, а также оптимизация по комплексу параметров качества поверхностного слоя обрабатываемых поверхностей и точности обработки.

Назначение режима обработки неразрывно связано с выбором инструментального материала, а также с выбором смазывающие охлаждающих технологических средств с учетом метода обработки и материала обрабатываемых деталей.

Выбор режима резания.

Рис. 1

На Рис 1. Изображено изображение вала по заданию. Чтобы определить режимы резания, нужно провести ряд вычислений, отталкиваясь от заданных размеров. Так же нужно определиться с информацией о станке, обрабатываемом материале и режущем инструменте.

Одним из самых распространенных токарно-винторезных станков, в силу его надежности и точности остается станок 16К20, приведем его основные характеристики:

Высота центров 215мм

Расстояние между центрами 2000мм

Высота от опорной поверхности резца до линии центров 25мм

Наибольший диаметр обрабатываемой детали 400 мм

Мощность электродвигателя главного движения 10 кВт

КПД станка 0,75

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи 6 кН

Значения продольных подач суппорта мм/об: 0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,36; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8.

Частота вращения шпинделя и наибольший допускаемый момент на шпинделе предоставлены в таблице 1.

Таблица 1. Частота вращения шпинделя и наибольший допускаемый момент на шпинделе

Номер ступени	Частота вращения шпинделя	Наибольший допустимый момент на шпинделе
	12,5



	31,5















		55,5
		41,8

Информация о заготовке:

Материал детали Сталь20, д_в=500МПа;

Заготовка – прокат диаметром 25мм., предварительно обработанный

Закрепление детали в центра.

Чистота поверхности Rz=20мкм (обтачивание получистовое)

Информация о режущем инструменте:

Материал резца Т15К6

Сечение резца (bxh)16х25

Так как заданный вал имеет ступенчатую форму, без фасок и скруглений, то лучше всего выбрать подрезной резец, пример показан на рисунке 2.

Рис. 2

3.1 Далее нужно определить основные режимные параметры. Последовательность расчёта режимных параметров такова: t—S—T—V.

Глубина резания (t, мм) - толщина снимаемого за один рабочий ход (проход) слоя металла, измеренная по перпендикуляру к обработанной поверхности заготовки (Рис. 3)

Рис. 3

t=(D-d)/2, мм,

где D, d - диаметры заготовки до и после обработки, мм.

Так как вал ступенчатый, то расчеты глубины резания нужно проводить на каждый участок L начиная с большего диаметра, к меньшему.

t3=0,

t4=(D3-d4)/2=(25-20)/2= 2,5 мм.

t2=(D3-d2)/2=(25-10)/2= 7,5 мм.

t1=(D2-d1)/2=(10-6)/2= 2 мм.

Так как глубина резания превышает 1- 1,5 мм., то на таких участках необходимо делать несколько проходов. Обычно пределы изменения t=0,2…1,5 мм. Ограничения величины t связаны с мощностью привода, прочностью и жесткостью инструмента, заготовки или детали (при черновой обработке), шероховатостью поверхности (при чистовой обработке). Значит, количество проходов (i) можно определить следующим образом:

i1=2.

i2=5.

i4=2.

Подача (S, мм/об) - величина перемещения резца в направлении подачи за один оборот обрабатываемой заготовки. Рис.4

Подача S при черновой обработке назначается по справочникам. Выбор величины t устанавливает интервал предварительных значений S:

S=(0,15…0,125)t - для черновой обработки,

S=(0,05…0,15)t - для чистовой обработки.

S1=0.15t1= 0,15×2=0,3 мм/об.

S2=0.15t2= 0,15×7,5=1,13 мм/об.

S4=0.15t4= 0,15×2,5=0,38 мм/об.

Из табличных характеристик станка 16К20, можно определить оптимальную подачу S=0,36 мм/об.

Окончательное значение S выбирается из ступенчатого ряда подач, который реализуется в станке (паспортные данные станка), с учетом прочности державки резца и режущей пластины, жесткости обрабатываемой детали и прочности механизма подачи станка.

Оценка прочности державки резца может быть выполнена по формуле проверкой условия

Мизг ≤ Мсопр

где Мизг=Рzl - изгибающий момент от действия вертикальной (тангенциаль-ной) составляющей Рz при вылете резца l, мм;

Мсопр - момент сопротивления сечения державки

Мсопр=(ВН2/6)[σи], кГм,

где В и Н - ширина и высота державки, мм;

[σи] - допустимые напряжения на изгиб, МПа.

В качестве материала для корпуса резца выбираем углеродистую сталь 50 с σв = 650 МПа (65 кгс/мм2 ) и допустимым напряжением на изгиб [su] = 200 МПа (20 кгс/мм2 ).

l – вылет резца в мм (1,5 х 25 = 37,5 мм).

Поперечное сечение державки резца определяют из расчета на прочность, учитывая только главную составляющую усилия резания Рг ,которая вызывает изгиб державки.

b = 3 Ö(6 × Pz × l /([su]) = 3 Ö(6 × 3000 × 37,5 / 2,56 × 200) = 3 Ö1318,36 » 10,965 мм.

Для токарного станка 16К20 принимаем из стандартного ряда резец с державкой: b х h = 16х25 мм.

Нагрузка, допустимая прочностью резца (для прямоугольного сечения): Pz доп. = b · h 2 · [su] / 6×l = 16 × 252 × 200 / 6 × 37,5 = 8888,9, МПа Максимальная нагрузка, допустимая жесткостью резца:

Рдоп. жест. = 3 × f × E × J / l 3 ,

где f – допустимая стрела прогиба резца (при черновом точении f = 0,1 мм);

Е – модуль упругости материала резца (для углеродистой стали Е = 200000 – 220000 МПа);

J – момент инерции сечения державки (для прямоугольного сечения:

J = b · h 3 / 12, мм4 ). J = 16 × 253 / 12 = 208333, мм4 ,

тогда Рдоп жест = 3 × 0,1 × 200000 × 208333 / 37,53 » 237190, МПа 4.5 Проверяем державку токарного резца на прочность и жесткость. Необходимое условие должно соответствовать условию:

Pz ≤ Pz доп. и Pz ≤ Рдоп. жест.

Резец обладает достаточной прочностью и жесткостью, так как 3000 ≤ 8888,9 и 3000 ≤ 237190, МПа, т.е. условие выполняется.

Скорость резания V, допускаемая резцом, определяется по эмпирическим формулам:

- при точении и растачивании

V = (СV/txu Syu Tm)KV, м/мин;

- при отрезании, прорезании, фасонном точении

V = (СV/Syu Tm)KV, м/мин;

где СV - коэффициент, учитывающий влияние в скрытом виде совокупности факторов, не входящих в данное уравнение в явном виде (свойства обрабатываемого материала и условия его обработки);

t и S - соответственно глубина резания (мм) и подача (мм/об);

Т - стойкость режущего инструмента (мин), выбираемая в зависимости от характера выполняемой операции и материала режущего инструмента;

m - показатель относительной стойкости резца (m=0,2 для твердых сплавов, m=0,15 для нержавеющих сталей);

xu и yu - показатели степеней;

КV - коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки

КV =КmV KnV KoV = 0,89 · 0,8 · 1,3 = 0,92

где КmV , KnV , KoV - коэффициенты, учитывающие соответственно материал заготовки, состояние поверхности, качество смазывающе-охлаждающей жидкости и т.д.

Для стандартных (нормативных) условий по представленным формулам выполнены расчеты, и полученные результаты представлены в таблицах справочной литературы. С использованием таблиц скорость резания определяется по формуле

V = VтКV =12×0,92=11,04 м/мин.

где Vт = 11,04 м/мин.- табличное значение скорости для стандартных условий. По найденной скорости резания U определяется частота вращения шпинделя станка

n=1000 V/(πD), об/мин,

где D - диаметр обрабатываемой заготовки, мм.

Полученную частоту вращения n сравнивают с паспортными данными станка. Из ряда частот вращения, указанного в паспорте, выбирают ближайшее меньшее значение или ближайшее большее, если отличие составляет до 5%. Выбранное значение является действительной частотой вращения nд , которой соответствует действительная скорость резания.

Так как вал имеет разные диаметры, то проведем расчет частоты вращения для каждого участка вала:

n1= 1000×11,04/(3,14×6)=585,99 об/мин.

n2= 1000×11,04/(3,14×10)=351,6 об/мин.

n4= 1000×11,04/(3,14×20)=175,80 об/мин.

Полученную частоту вращения n сравнивают с паспортными данными станка. Из ряда частот вращения, указанного в паспорте, выбирают ближайшее меньшее значение или ближайшее большее, если отличие составляет до 5%.Таким образом среднее значение подачи выберем из таблицы паспорта станка.

n1= 630 об/мин.

n2= 315 об/мин.

n4= 200 об/мин.

Выбранное значение является действительной частотой вращения nд , которой соответствует действительная скорость резания.

Vд = πDnд/1000, м/мин.

Vд1 = πDnд/1000=3,14х10х630/1000= 19,79 м/мин.

Vд2 = πDnд/1000=3,14х25х315/1000= 24,73 м/мин.

Vд4 = πDnд/1000=3,14х25х200/1000= 15,70 м/мин.

4. Следующим этапом является определение технико-экономических показателей режима резания.

Кроме основных режимных параметров t, S, Vд при назначении режима резанияопределяются также показатели, характеризующие технико-экономическую сторону. К числу таких параметров относятся машинное время Т0 и потребляемая для резания мощность N.

Для вычисления основного технологического (машинного) времени служит формула

Т0=L0i/(Snд) , мин.

где L0 - суммарная длина обрабатываемой поверхности на заготовке, мм;

L0=L+L1+L2, мм,

Рис. 5

где L - длина обработанной поверхности, мм;

L1 - длина врезания, мм;

L2 - длина перебега, мм;

i - число проходов.

По данным рассчитаем L0 для всего вала, для этого суммируем все длины врезания, перебега и число проходов.

L0=(2,5+7,5+2)+(15+8+15)+2= 52 мм.

Проведем расчет общего технологического времени, с учетом обработки всего вала.

Т0=52(2+5+2)/(0,36×381,67)=468/137,41=3,41 мин.

Мощность, затрачиваемая на процесс резания, называется эффективной мощностью Nе, кВт,

Nе=PzVд= 0,11×60,22=6,63 кВт,

где Pz - составляющая силы резания, Н (кг).

По эффективной мощности проверяется возможность обработки. Обработка возможна, если выполняется условие

Nе ≤ Nэд η

где Nэд = 10 - мощность электродвигателя привода главного движения; кВт;

η= 0,75 - коэффициент полезного действия станка.

6,63 ≤ 7,5

Таким образом, условие выполняется, значит, расчет режимов резания проведен верно.

Кроме того, на процесс резания накладывается ряд ограничений,

обусловленных технологией, физикой и механикой процесса резания. Их

количество и вид определяются в каждом конкретном случае отдельно;

они могут иметь и простую, и довольно сложную форму зависимостей.

Наиболее часто используются ограничения следующего вида:

1) ограничения по подаче;

2) ограничения по скорости резания;

3) ограничения по стойкости инструмента.

Кроме перечисленных, на процесс оптимизационного поиска могут в

каждом конкретном случае накладываться ограничения, связанные с фи-

зикой и технологией процесса, как правило, имеющие сложный, ярко вы-

раженный нелинейный характер (например, ограничения по мощности

приводов, ограничения по прочности режущего инструмента, ограничения

по температуре в зоне обработки, по силам резания и т. п.).

Для решения поставленной задачи используется алгоритм оптимиза-

ционного поиска, построенный на базе методов нежесткого допуска,

штрафных функций и деформируемого многогранника, который является

базовым элементом системы расчета режима обработки, обеспечивающего

заданные показатели точности и качества поверхностного слоя деталей.

Методика работы системы расчета режима резания с использованием оптимизационного алгоритма нежесткого допуска представлена на рис. 6

Рис.6

Оптимальное управление процессом механообработки предполагает

решение двухэтапной задачи:

ЗАДАЧА ВНЕШНЕЙ ОПТИМИЗАЦИИ – назначения технологических условий обработки, обеспечивающих получение деталей заданной точности

с требуемыми параметрами качества поверхностного слоя при стационарном протекании процесса резания;

ЗАДАЧА ВНУТРЕННЕЙ ОПТИМИЗАЦИИ – автоматизированное управление процессом обработки, позволяющее компенсировать нестабильность процесса, вызванную износом режущего инструмента, колебаниями припуска заготовки и другими факторами.

Список литературы

1. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высш.шк, 1985. С. 154-156.

2. Абрамов К.Н. Курсовое и дипломное проектирование по технологии машиностроения: Уч. пособие. 256 с.

3. Тишенина Т.И., Фёдоров В.Б. Токарные станки и работа на них.- М.: Машиностроение, 1990.- 144 с.

4. Справочник инструментальщика/ И.А.Ординарцев, Г.В.Филиппов, А.Н.Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А.Ординарцева. – Л.: Машиностроение, 1987.- 846 с.

5. Справочник технолога машиностроителя: в 2-х т.; справочник / Под ред.

А. М. Дальского, А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова, А. Г. Суслова. Изд. 5-е.

перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2003. – Т. 1. – 912 с.; Т. 2. – 944 с.

6. Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резением: Справочник / Л. В. Худобин, А. П. Бабичев, Е. М. Булышев и др. / Под ред. Л. В. Худобина. – М.: Машиностроение, 2006. – 544

7. Справочник токаря универсала /Под ред. М. Г. Шеметова и В. Ф. Безъязычного. Изд. 2-е. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2007. – 576 с.

8. Палей М. М. Технология производства металлорежущих инструментов: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты. Изд. 2-е. перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 1982. – 256 с.: ил.

9. Боровский Г. В., Григорьев С. Н., Маслов А. Р. Справочник инструментальщика: Под общей ред. А. В. Маслова. Изд. 2-е. исп. – М.: Машиностроение, 2007 464 с.: