Расчет режимов резания при фрезеровании (Методические рекомендации)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

 

Московский государственный агроинженерный университет

имени В.П. Горячкина

Баграмов Л.Г. Колокатов А.М.

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Методические рекомендации

Часть I - торцовое фрезерование

МОСКВА 2000

УДК 631

Расчет режимов резания при торцовом фрезеровании.

Методические рекомендации.

Составители: Л.Г. Баграмов, А.М. Колокатов - МГАУ, 2000. - ХХ с.

В части I методических указаний даны общие теоретические сведения о фрезеровании, изложена последовательность операций по расчёту режима резания при торцовом фрезеровании на основе справочных данных. Методические указания могут быть использованы при выполнении домашнего задания, в курсовом и дипломном проектировании студентами факультетов ТС в АПК, ПРИМА и Инженерно-педагогического, а также при проведении практических и научно-исследовательских работ.

Рис.9, табл.ХХ, список библ. - ХХ наименований.

Рецензент: Бочаров Н.И. (МГАУ)

Ó Московский государственный агроинженерный

университет имени В.П. Горячкина. 2000.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 1.1. Элементы теории резания

Фрезерование является одним из наиболее распространённых и высокопроизводительных способов механической обработки резанием. Обработка производится многолезвийным инструментом - фрезой.

При фрезеровании главное движение резания D_r - вращение инструмента, движение подачи D_S - перемещение заготовки (Рис. 1.), на карусельно - фрезерных и барабанно-фрезерных станках движение подачи может осуществляться вращением заготовки вокруг оси вращающегося барабана или стола, в отдельных случаях движение подачи может осуществляться перемещением инструмента (копировальное фрезерование).

Фрезерованием обрабатываются горизонтальные, вертикальные, наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенностью процесса резания при фрезеровании является то, что зубья фрезы не находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью всё время. Каждое лезвие фрезы последовательно вступает в процесс резания, изменяя толщину срезаемого слоя от наибольшей к наименьшей, или наоборот. Одновременно в процессе резания могут находиться несколько режущих кромок. Это вызывает ударные нагрузки, неравномерность протекания процесса, вибрации и повышенный износ инструмента, повышенные нагрузки на станок.

При обработке цилиндрическими фрезами (режущие кромки расположены на цилиндрической поверхности) рассматривается два способа обработки (Рис. 2.) в зависимости от направления движения подачи заготовки:

- встречное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, противоположно направлению движения подачи;

- попутное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, совпадает с направлением движения подачи.

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума, силы, действующие на заготовку, стремятся оторвать её от стола, а стол поднять. Это увеличивает зазоры в системе СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь), вызывает вибрации, ухудшает качество обработанной поверхности. Этот способ хорошо применим для обработки заготовок с коркой, производя резание из-под корки, отрывая её, тем самым значительно облегчая резание. Недостатком такого способа является большое скольжение лезвия по предварительно обработанной и наклёпанной поверхности. При наличии некоторого округления режущей кромки она не сразу вступает в процесс резания, а поначалу проскальзывает, вызывая большое трение и износ инструмента по задней поверхности. Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем больше относительная величина проскальзывания, тем большая часть мощности резания расходуется на вредное трение.

При попутном фрезеровании этого недостатка нет, но зуб начинает работу с наибольшей толщины срезаемого слоя, что вызывает большие ударные нагрузки, однако исключает начальное проскальзывание зуба, уменьшает износ фрезы и шероховатость поверхности. Силы, действующие на заготовку, прижимают её к столу, а стол - к направляющим станины, что уменьшает вибрации и повышает точность обработки.

1.2. Конструкция фрез.

Инструментом при фрезеровании являются фрезы (от французского la frais - клубника), представляющие собой многолезвийный инструмент, лезвия которого расположены последовательно в направлении главного движения резания, предназначенные для обработки с вращательным главным движением резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения.

Фрезы бывают:

по форме - дисковые, цилиндрические, конические;

по конструкции - цельные, составные, сборные и насадные, хвостовые;

по применяемому материалу режущей кромки - быстрорежущие и твердосплавные;

по расположению лезвий - периферийные, торцовые и периферийно-торцовые;

по направлению вращения - праворежущие и леворежущие;

по форме режущей кромки - профильные (фасонные и обкаточные), прямозубые, косозубые, с винтовым зубом;

по форме задней поверхности зуба - затылованные и незатылованные,

по назначению - концевые, угловые, прорезные, шпоночные, фасонные, резьбовые, модульные и др.

Рассмотрим элементы и геометрию фрезы на примере цилиндрической фрезы с винтовыми зубьями (Рис. 3.).

У фрезы различают переднюю поверхность лезвия А_γ, главную режущую кромку К, вспомогательную режущую кромку К', главную заднюю поверхность лезвия А_α, вспомогательную заднюю поверхность лезвия А'_α, вершину лезвия, корпус фрезы, зуб фрезы, спинку зуба, фаску.

В координатных плоскостях статической системы координат (Рис. 4.) рассматриваются геометрические параметры фрезы, среди которых γ, α - передний и задний углы в главной секущей плоскости, γ_Н - передний угол в нормальной секущей плоскости, ω - угол наклона зуба.

Передний угол γ облегчает образование и сход стружки, главный задний угол α способствует уменьшению трения задней поверхности по обработанной поверхности заготовки. У незатылованных зубьев передний угол выполняется в пределах γ = 10^о...30^о, задний угол α = 10^о...15^о в зависимости от обрабатываемого материала.

У затылованного зуба задняя поверхность выполняется по спирали Архимеда, что обеспечивает ему постоянство профиля сечения при всех переточках инструмента. Затылованный зуб перетачивается только по передней поверхности и выполняется, ввиду сложности, только у профильного инструмента (фасонного и обкаточного), т.е. форма режущей кромки которого определена формой обработанной поверхности. Передний угол затылованных зубьев выполняется, как правило, равным нулю, задний угол имеет значения α = 8^о...12^о.

Угол наклона зубьев ω обеспечивает более плавное вхождение лезвия в процесс резания по сравнению с прямыми зубьями и придаёт определённое направление сходу стружки.

Зуб торцовой фрезы имеет режущее лезвие более сложной формы. Режущая кромка состоит (Рис. 5.) из главной, переходной и вспомогательной, имеющие главный угол в плане φ, угол в плане переходной режущей кромки φ_п и вспомогательный угол в плане φ₁. Геометрические параметры фрезы рассматриваются в статической системе координат. Углы в плане это углы в основной плоскости Р_vc. Главный угол в плане φ - это угол между рабочей плоскостью Р_Sc и плоскостью резания Р_nc Величина главного угла в плане определяется исходя из условий резания как у токарного резца, при φ=0˚ режущая кромка становится только торцовой, а при φ=90˚ она становится периферийной. Вспомогательный угол в плане φ₁ - это угол между рабочей плоскостью Р_Sc и вспомогательной плоскостью резания Р'_nc, он составляет 5^о...10^о, а угол в плане переходной режущей кромки - половину от главного угла в плане. Переходное режущее лезвие повышает прочность зуба.

Износ фрез определяется, так же как и при точении, величиной износа по задней поверхности. Для быстрорежущей фрезы допустимая ширина изношенной ленточки по задней поверхности составляет при черновой обработке сталей 0,4...0,6 мм, чугунов - 0,5...0,8 мм, при получистовой обработке сталей 0,15...0,25 мм, чугунов - 0,2...0,3 мм. Для твёрдосплавной фрезы допустимый износ по задней поверхности составляет 0,5...0,8 мм. Стойкость цилиндрической быстрорежущей фрезы составляет Т = 30...320 мин, в зависимости от условий обработки, в некоторых случаях достигает 600 мин, стойкость твёрдосплавной фрезы Т= 90...500 мин.

Различают три вида фрезерования - периферийное, торцовое и периферийно - торцовое. К основным плоскостям и поверхностям, обрабатываемым на консольных фрезерных станках (Рис. 6.), относятся:

горизонтальные плоскости; вертикальные плоскости; наклонные плоскости и скосы; комбинированные поверхности; уступы и прямоугольные пазы; фасонные и угловые пазы; пазы типа "ласточкин хвост"; закрытые и открытые шпоночные пазы; пазы под сегментные шпонки; фасонные поверхности; цилиндрические зубчатые колёса методом копирования.

Горизонтальные плоскости обрабатываются цилиндрическими (Рис. 6. а) на горизонтально-фрезерных станках и торцовыми (Рис. 6. б) на вертикально-фрезерных станках фрезами. Поскольку у торцовой фрезы одновременно участвует в резании большее количество зубьев, обработка ими более предпочтительна. Цилиндрическими фрезами обрабатываются, как правило, плоскости шириной до 120 мм.

Вертикальные плоскости обрабатывают торцовыми фрезами на горизонтальных станках и концевыми - на вертикальных (Рис. 6. в, г).

Наклонные плоскости обрабатывают торцовыми и концевыми фрезами на вертикальных станках с поворотом оси шпинделя (Рис. 6. д, е), и на горизонтальных станка угловыми фрезами (Рис. 6. ж).

Комбинированные поверхности обрабатывают набором фрез на горизонтальных станках (Рис. 6. з).

Уступы и прямоугольные пазы обрабатывают дисковыми (на горизонтальных) и концевыми (на вертикальных) фрезами (Рис. 6. и, к), при этом концевые фрезы допускают большие скорости резания, так как одновременно участвует в работе большее количество зубьев. При обработке пазов дисковые фрезы предпочтительнее.

Фасонные и угловые пазы обрабатываются на горизонтальных станках фасонными, одно- и двухугловыми фрезами (рис. 6. л, м).

Паз типа "ласточкин хвост" и Т-образные пазы обрабатываются на вертикально-фрезерных станках, как правило, за два прохода, сначала концевой фрезой (или на горизонтально-фрезерном станке дисковой фрезой) обрабатывается прямоугольный паз по ширине верхней части. После этого окончательно паз обрабатывается концевой одноугловой и специальной Т-образной (Рис. 6. н, о) фрезой.

Закрытые шпоночные пазы обрабатываются концевыми фрезами, а открытые - шпоночными на вертикальных станках (Рис. 6. п, р).

Пазы для сегментных шпонок обрабатываются на горизонтально-фрезерных станках дисковыми фрезами (Рис. 6. с).

Фасонные поверхности незамкнутого контура с криволинейной образующей и прямолинейной направляющей обрабатываются на горизонтальных и вертикальных станках фасонными фрезами (Рис. 6. т).

Торцовое фрезерование - наиболее распространенный и производительный способ обработки плоских поверхностей деталей в условиях серийного и массового производства.

2. ТОРЦОВОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ. 2.1. Основные типы и геометрия торцовых фрез.

В большинстве случаев для обработки плоскостей открытых и углублённых применяются торцовые фрезы имеющие периферийные лезвия (Рис. 7.), т.е. работающие по принципу периферийно - торцовых. Конструкции торцовых фрез стандартизованы, основные типы которых приведены в табл.1 /ГОСТ ____-__, ____-__, ____-__, ____-__, ____-__, ____-__ /.

При обработке плоскостей этими фрезами, основную работу по удалению припуска выполняют режущие кромки, расположенные на конической и цилиндрической поверхности. Режущие кромки, расположенные на торце, производят как бы зачистку поверхности, поэтому шероховатость обработанной поверхности получается меньше, чем при фрезеровании цилиндрическими фрезами.

На Рис. 7. приведены геометрические параметры торцовой фрезы /ГОСТ 25762-83/. Зуб торцовой фрезы имеет две режущие кромки: главную и вспомогательную.

В основной плоскости P_v рассматриваются углы в плане: главный угол в плане j, вспомогательный угол в плане j₁ и угол вершины ε. Главный угол в плане j - это угол между плоскостью резания P_n и рабочей плоскостью P_S. С уменьшением главного угла в плане при постоянной подаче на зуб и постоянной глубине резания толщина среза уменьшается, а ширина увеличивается, вследствие чего стойкость фрезы повышается. Однако работа фрезы с малым углом в плане (j £ 20⁰) вызывает возрастание радиальной и осевой составляющих сил резания, что при недостаточно жесткой системе СПИД приводит к вибрациям обрабатываемой заготовки и станка. Поэтому для торцовых твердосплавных фрез при жесткой системе и при глубине резания t = 3...4 мм принимают угол j = 10...30⁰. При нормальной жесткости системы - j = 45...60⁰; обычно принимают j = 60⁰. Вспомогательный угол в плане j₁ у торцовых фрез принимают равным 2...10⁰. Чем меньше этот угол, тем меньше шероховатость обработанной поверхности.

В главной секущей плоскости P_τ рассматриваются передний угол g и главный задний угол a. Передний угол g - это угол между основной плоскостью P_v и передней поверхностью А_γ, главный задний угол a - это угол между плоскостью резания Р_n и главной задней поверхностью А_α.

Передний угол g для торцовых твердосплавных фрез g = (+10⁰)...(-20⁰).

Главный задний угол a для торцовых твердосплавных фрез a = 10...25⁰.

В плоскости резания рассматривается угол наклона главной режущей кромки l. Это угол между режущей кромкой и основной плоскостью P_v. Он оказывает влияние на прочность зуба и стойкость фрезы. У торцовых твердосплавных фрез угол l рекомендуется выполнять в пределах от +5⁰ до +15⁰ при обработке стали и от -5⁰ до +15⁰ при обработке чугуна.

Угол наклона винтовых зубьев w обеспечивает более равномерное фрезерование и уменьшает мгновенную ширину среза при врезании. Этот угол выбирается в пределах 10...30⁰.

2.2. Выбор торцовой фрезы 2.2.1. Выбор конструкции фрезы.

При выборе конструкции (типа) фрезы предпочтительным является применение сборных конструкций фрез с неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава. Механическое крепление пластин дает возможность поворота их с целью обновления режущей кромки и позволяет использовать фрезы без переточки. После полного износа пластины она заменяется новой. Завод изготовитель снабжает каждую фрезу 8...10 комплектами запасных пластин. Весь комплект пластин можно заменить непосредственно на станке, при этом затрата времени на замену 10...12 ножей не превышает 5...6 минут.

2.2.2. Выбор материала режущей части.

Фрезы для работы при невысоких скоростях резания и малых подачах изготовляют из быстрорежущих и легированных сталей Р18, ХГ, ХВ9, 9ХС, ХВГ, ХВ5. Фрезы для обработки жаропрочных и нержавеющих сплавов и сталей изготовляют из быстрорежущих сталей Р9К5, Р9К10, Р18Ф2, Р18К5Ф2, а при фрезеровании с ударами - из стали марки Р10К5Ф5.

Марки твердых сплавов выбирают в зависимости от обрабатываемого материала и характера обработки (табл.5). для чистовой обработки применяется твёрдый сплав с меньшим содержанием кобальта и большим содержанием карбидов (ВК2, ВК3 Т15К6 и т.д.), а для черновой обработки - с большим содержанием кобальта, который придаёт определённую пластичность материалу и способствует лучшей работе при неравномерных и ударных нагрузках (ВК8, ВК10, Т5К10 и т.д.).

2.2.3. Выбор типа и диаметра фрезы.

Стандартные диаметры фрез (ГОСТ 9304-69, ГОСТ 9473-80, ГОСТ 16222 - 81, ГОСТ 16223 - 81, ГОСТ 22085 - 76, ГОСТ 22086 - 76, ГОСТ 22087 - 76, ГОСТ 22088 - 76, ГОСТ 26595 - 85), приведены в таблицах 1...4, их обозначения (для праворежущих торцовых фрез) - в таблицах 2, 3 и 4. Леворежущие фрезы изготавливаются по специальному заказу потребителя.

Типы торцовых фрез выбирают по условиям обработки из таблицы 1. Размеры фрезы определяются размерами обрабатываемой поверхности и толщиной срезаемого слоя. Диаметр фрезы, для сокращения основного технологического времени и расхода инструментального материала, выбирают с учётом жесткости технологической системы, схемы резания, формы и размеров обрабатываемой заготовки.

При торцовом фрезеровании для достижения режимов резания, обеспечивающих наибольшую производительность, диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования B: D = (1,25...1,5) • В

2.2.4. Выбор геометрических параметров

Рекомендуемые значения геометрических параметров режущей части торцовых фрез с пластинами из твердого сплава приведены в табл.6 /4/, а из быстрорежущей стали Р18 - в табл. 7 /ГОСТ ____-__, ____-__, ____-__/.

2.3. Выбор схемы фрезерования

Схемы фрезерования определяется по расположению оси торцовой фрезы заготовки относительно средней линии обрабатываемой поверхности (рис.8.). Различают симметричное и несимметричное торцовое фрезерование /5/.

Симметричным называют такое фрезерование, при котором ось торцовой фрезы проходит через среднюю линию обрабатываемой поверхности (рис. 8.а).

Несимметричным фрезерованием называют такое фрезерование, при котором ось торцовой фрезы смещена относительно средней линии обрабатываемой поверхности (рис. 8.б, 8.в).

Симметричное торцовое фрезерование делится на полное, когда диаметр фрезы D равен ширине обрабатываемой поверхности В, и неполное, когда D больше В (рис.8.а).

Несимметричное торцовое фрезерование может быть встречным или попутным. Отнесение фрезерования к этим разновидностям производят по аналогии с фрезерованием плоскости цилиндрической фрезой.

При несимметричном встречном торцовом фрезеровании (рис.8.б) толщина срезаемого слоя a изменяется от некоторой небольшой величины (зависящей от величины смещения) до наибольшей a_max=S_z, а затем несколько уменьшается. Смещение зуба фрезы за пределы обрабатываемой поверхности со стороны зуба, начинающего резание, обычно принимается в пределах С₁ = (0,03...0,05) • D

При несимметричном попутном торцовом фрезеровании (рис.8.в) зуб фрезы начинает работать с толщиной среза близкой к максимальной. Смещение зуба фрезы за пределы обрабатываемой поверхности со стороны зуба, заканчивающего резание, принимается незначительным, близким к нулю) С₂ ≈ 0.

При обработке чугунных заготовок во многих случаях диаметр фрезы меньше ширины обрабатываемой поверхности поскольку чугунные заготовки ввиду хрупкости чугуна, особенно при изготовлении корпусных деталей, выполняются больших габаритов.

Торцовое фрезерование чугунных заготовок при B < D_ф рекомендуется проводить при симметричном расположении фрезы.

При торцовом фрезеровании стальных заготовок обязательным является их несимметричное расположение относительно фрезы, при этом:

- для заготовок из конструкционных углеродистых и легированных сталей и заготовок имеющих корку (черновое фрезерование) сдвиг заготовок - в направлении врезания зуба фрезы (рис. 8.б), чем обеспечивается начало резания при малой толщине срезаемого слоя;

- для заготовок из жаропрочных и коррозийно-стойких сталей и при чистовом фрезеровании сдвиг заготовки - в сторону выхода зуба фрезы из резания (рис. 8.в), чем обеспечивается выход зуба из резания с минимально возможной толщиной срезаемого слоя.

Несоблюдение указанных правил приводит к значительному снижению стойкости фрезы /5/.

2.4. Назначение режима резания

К элементам режима резания при фрезеровании относятся (Рис. 9.):

- глубина резания;

- скорость резания;

- подача;

- ширина фрезерования.

Глубина резания t определяется как расстояние между точками обрабатываемой и обработанной поверхностей находящихся в плоскости резания и измеренное в направлении, перпендикулярном направлению движения подачи. В отдельных случаях эта величина может измеряться как разность расстояний точек обрабатываемой и обработанной поверхностей до стола станка или до какой-либо другой постоянной базы, параллельной направлению движения подачи.

Глубину резания выбирают в зависимости от припуска на обработку, мощности и жесткости станка. Надо стремиться вести черновое и получистовое фрезерование за один проход, если это позволяет мощность станка. Обычно глубина резания составляет 2...6 мм. На мощных фрезерных станках при работе торцовыми фрезами глубина резания может достигать 25 мм. При припуске на обработку более 6 мм и при повышенных требованиях к величине шероховатости поверхности фрезерование ведут в два перехода: черновой и чистовой.

При чистовом переходе глубину резания принимают в пределах 0,75...2 мм. Независимо от высоты микронеровностей глубина резания не может быть меньшей величины. Режущая кромка имеет некоторый радиус округления, который по мере износа инструмента увеличивается, при малой глубине резания материал поверхностного слоя подминается и подвергается пластическому деформированию. В этом случае резания не происходит. Как правило, при небольших припусках на обработку и необходимости проведения чистовой обработки (величина шероховатостей R_a = 2…0,4 мкм) глубина резания берётся в пределах 1 мм.

При малой глубине резания целесообразно применять фрезы с круглыми пластинами (ГОСТ 22086-76, ГОСТ 22088-76). При глубине резания, большей З...4 мм, применяют фрезы с шести-, пяти- и четырехгранными пластинами (табл.2).

При выборе числа переходов необходимо учитывать требования по шероховатости обработанной поверхности:

- черновое фрезерование - R_a = 12,5...6,3 мкм (3...4 класс);

- чистовое фрезерование - R_a = 3,2...1,6 мкм (5...6 класс);

- тонкое фрезерование - R_a = 0,8...0,4 мкм (7...8 класс).

Для обеспечения чистовой обработки необходимо провести черновой и чистовой переходы, количество рабочих ходов при черновой обработке определяют по величине припуска и мощности станка. Число рабочих ходов при чистовой обработке определяется требованием шероховатости поверхности.

В производственных условиях при необходимости проведения черновой и чистовой обработки они разделяются на две отдельные операции. Это вызвано следующими соображениями.

Черновая и чистовая обработки проводятся с применением различного материала режущей части фрезы и при разных скоростях резания что вызвало бы неоправданно большие затраты времени на переналадку станка , если эти переходы будут выполняться в одной операции.

Черновая обработка приводит к большим вибрациям и неравномерным и знакопеременным нагрузкам, это, в свою очередь, приводит к быстрому износу станка и потере точности обработки.

Черновая обработка приводит к образованию большого количества стружки, а также абразивной пыли, что требует специальных мер по уборке отходов. Как правило, станки для черновой обработки находятся обособленно от станков, выполняющих окончательную - чистовую и тонкую.

Подача при фрезеровании - это отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой заготовки в направлении движения подачи, к числу оборотов фрезы или к части оборота фрезы, соответствующей угловому шагу зубьев.

Таким образом, при фрезеровании рассматривается подача на оборот S_o(мм/об) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее одному обороту фрезы, и подача на зуб S_z(мм/зуб) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее повороту фрезы на один угловой шаг зубьев.

Помимо этого рассматривается также скорость движения подачи v_s (ранее определялась как минутная подача и в старой литературе и на некоторых станках такой термин ещё применяется), измеряемая в мм/мин. Скорость движения подачи - это расстояние, пройденное рассматриваемой точкой заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи за минуту. Эта величина используется на станках для наладки на необходимый режим, поскольку у фрезерных станков движение подачи и главное движение резания кинематически не связаны между собой.

Применение соотношения скоростей подачи и резания помогает правильно определить величины S_o и S_z. Используя зависимости: S_o = S_z · z, v_s = S_o · n где z - число зубьев фрезы, n - число оборотов фрезы (об/мин) определим v_s = S_o · n = S_z · z · n.

Исходной величиной при черновом фрезеровании является подача на один зуб S_z, так как она определяет жёсткость зуба фрезы. Подачу при черновой обработке выбирают максимально возможной. Ее величина может быть ограничена прочностью механизма подачи станка, прочностью зуба фрезы, жесткостью системы СПИД, прочностью и жесткостью оправки и по другим соображениям. При чистовом фрезеровании определяющей является подача на один оборот фрезы S_o, которая влияет на величину шероховатости обработанной поверхности.

Рекомендуемые подачи для различных условий резания приведены в таблицах 8, 9, 10 /5, 6/.

Ширина фрезерования B (мм) - величина обрабатываемой поверхности, измеренная в направлении, параллельном оси фрезы - при периферийном фрезеровании, и перпендикулярном к направлению движения подачи - при торцовом фрезеровании. Ширина фрезерования определяется наименьшей из двух величин: ширины обрабатываемой заготовки и длины или диаметра фрезы.

Скорость резания при фрезеровании v определяется как линейная скорость точки фрезы (м/мин). Действительная скорость резания определяется по формуле

где D - диаметр фрезы (мм) по наиболее удалённой от оси вращения точке режущей кромки, n - число оборотов фрезы (мм/об).

Допустимая (расчётная) скорость резания определяется по эмпирической формуле

где Cv - коэффициент, характеризующий материал заготовки и фрезы;

T - стойкость фрезы (мин);

t - глубина резания (мм);

S_z - подача на зуб (мм/зуб);

B - ширина фрезерования (мм);

Z - число зубьев фрезы;

q, m, x, y, u, p - показатели степени;

k_v - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Величины C_v q, m, x, y, u, p приведены в табл.11.

Средние значения периода стойкости торцовых фрез при диаметре фрезы следующие

Таблица 2.2.4. - 1

Диаметр фрезы (мм)	40...50	65...125	160...200	250...315	400...650
Стойкость (мин)	120	180	240	300	800

Общий поправочный коэффициент K_v. Всякая эмпирическая формула определяется при постоянстве некоторых факторов. В данном случае этими факторами являются физико - механические сойства заготовки и материала режущей части инструмента, геометрические параметры инструмента и т.д. В каждом конкретном случае эти параметры меняются. Для учёта этих изменений и вводится общий поправочный коэффициент K_v, который представляет собой произведение отдельных поправочных коэффициентов, Каждый из которых отражает изменение, относительно исходных, отдельных параметров /5/ :

K_v = K_mv • K_пv • K_иv • K_jv,

K_mv - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала, таблицы 12, 13;

K_пv - коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки, таблица 14;

K_иv - коэффициент, учитывающий инструментальный материал, таблица 15;

K_jv - коэффициент, учитывающий величину j - главного угла в плане,

Таблица 2.2.4. - 2

j	150	300	450	600	750	900
Kjv	1,6	1,25	1,1	1,0	0,93	0,87

Зная допустимую (расчетную) скорость резания v, определяют расчетную частоту вращения фрезы

где n - число оборотов фрезы, мин^-1; D - диаметр фрезы, мм.

По паспорту станка выбирают такую ступень скорости, при которой число оборотов фрезы будет равно расчётному или меньше его, т.е. n_ф £ n, где n_ф - фактическое число оборотов фрезы, которое должно быть установлено на станке. Допускается применение такой ступени скорости, при которой увеличение фактического числа оборотов по отношению к расчетному будет не более 5%. По выбранному числу оборотов шпинделя станка уточняют фактическую скорость резания

и определяют скорость движения подачи (минутную подачу):

v_S(S_м) = S_z • z • n_ф = S_о • n_ф (мм/мин.)

Затем по паспорту станка выбирают наиболее подходящее значение - ближайшее меньшие или равное расчётной величине.

2.5. Проверка выбранного режима резания

Выбранный режим резания проверяют по использованию мощности на шпинделе станка и по усилию, необходимому для осуществления движения подачи.

Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощности на шпинделе:

N_р £ N_шп ,

где N_р - эффективная мощность резания, кВт;

N_шп - допустимая мощность на шпинделе, определяемая по мощности привода, кВт.

Приводом станка является совокупность механизмов от источника движения до рабочего органа. Приводом главного движения резания является совокупность механизмов от электродвигателя до шпинделя станка, а его мощность определится исходя из мощности электродвигателя и потерь в механизмах.

Мощность на шпинделе определится по формуле

N_шп = N_э • h ,

где N_э - мощность электродвигателя привода главного движения резания, кВт, h - КПД механизмов привода станка, h = 0,7 ... 0,8.

Мощность резания при фрезеровании определяется по формуле

где М_кр - крутящий момент на шпинделе, Нм, n - число оборотов фрезы, мин^-1.

Крутящий момент на шпинделе станка определится по формуле:

где Р_z - главная составляющая (касательная) силы резания, Н; D - диаметр фрезы, мм.

Главная составляющая силы резания P_z при фрезеровании определяется по формуле

где C_p - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие условия;

K_p - общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение коэффициентов, отражающих состояние отдельных параметров, влияющих на величину силы резания,

K_р = K_mр • K_vр • K_gр • K_jv,

- K_mр - коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой заготовки (табл.17);

- K_vр - коэффициент, учитывающий скорость резания (табл.18);

- K_gр - коэффициент, учитывающий величину переднего угла g (табл.19) ;

- K_jр - коэффициент, учитывающий величину угла в плане j (табл.19).

Значения коэффициента С_р и показателей степеней x , y, u, q, w приведены в табл.16.

Величина радиальной составляющей силы резания Р_y может быть определена по соотношению Р_y ≈ 0,4 Р_z.

Если условие N_р £ N_шп не выдерживается, то необходимо уменьшить скорость резания или изменить другие параметры резания.

При фрезеровании имеет большое значение представление силы резания по вертикальной P_в и горизонтальной Р_г составляющим. Горизонтальная составляющая силы резания Р_г представляет собой силу, которую необходимо приложить для обеспечения движения подачи, она должна быть меньше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка:

Р_г £ Р_доп, Н.

где Р_доп - наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи станка (Н), берется из паспортных данных станка (табл.20).

Горизонтальная составляющая силы резания определяется из приведённых ниже соотношений и зависит от вида торцового фрезерования /5/:

- при симметричном фрезеровании - Р_г = (0,3...0,4) • Р_z;

- при несимметричном встречном - Р_г = (0,6...0,8) • Р_z;

- при несимметричном попутном - Р_г = (0,2...0,3) • Р_z ;

Если условие Р_г £ Р_доп не выдерживается, необходимо уменьшить силу резания Р_z за счет уменьшения подачи на зуб S_z и, соответственно, скорости движения подачи v_S (минутной подачи S_м).

2.6. Расчёт времени выполнения операции и использования оборудования

Штучное время Т_шт - время, затрачиваемое на выполнение операции, определяется как интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых изделий и рассчитывается как сумма составляющих

Т_шт = Т_о + Т_всп + Т_обс + Т_отд, (мин)

где Т_о - основное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на изменение и последующее определение состояние предмета труда, т.е. время непосредственного воздействия инструмента на заготовку;

Т_всп - вспомогательное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на выполнение приёмов, необходимых для обеспечения непосредственного воздействия на заготовку.

Т_обс - время обслуживания рабочего места, это часть штучного времени, затрачиваемая исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом. Время обслуживания рабочего места складывается из времени организационного обслуживания (осмотр и опробование станка, раскладка и уборка инструмента, смазка и очистка станка) и времени технического обслуживания (регулирование и подналадка станка, смена и подналадка режущего инструмента, правка шлифовальных кругов и т.п.);

Т_отд - время на личные потребности, это часть штучного времени, затрачиваемая человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых;

2.6.1. Основное время

Основное время при фрезеровании равно отношению длины пути, пройденного фрезой, за число рабочих ходов к скорости движения подачи, и определяется по формуле

где L - общая длина прохода фрезы в направлении подачи, мм;

- i - число рабочих ходов;

- l - длина обрабатываемой заготовки, мм;

- l₁ - величина врезания фрезы, мм;

- l₂ - величина перебега фрезы, мм; l₂ = 1...5 мм.

Величина врезания l₁ при фрезеровании торцовыми фрезами определяется из условий:

- при симметричном неполном (для случая на рис.2а):

- при несимметричном встречном (для случая на рис.2б):

- при несимметричном попутном (для случая на рис.2в):

l₁ = 0,5 • D,

где D - диаметр фрезы, мм; В - ширина заготовки, мм; C₁ - величина смещения фрезы относительно торца заготовки (рис.2б).

2.6.2 Вспомогательное время.

К этому времени относится время, затрачиваемое на установку, закрепление, снятие заготовки (табл. 21), время на управление станком при подготовке рабочего хода (табл. 22), выполнение измерений в процессе обработки (табл. 23).

2.6.3. Оперативное время.

Сумму основного и вспомогательного времени называют оперативным временем:

T_оп = Т_о + Т_всп .

Оперативное время является основным составляющим штучного времени.

2.6.4. Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности

Время на обслуживание рабочего места и время на личные надобности часто берут в процентах от оперативного времени :

Т_обс = (3...8 % ) • T_оп; Т_отд = (4...9 % ) • T_оп; Т_обс + Т_отд ≈ 10% T_оп.

2.6.5. Штучно - калькуляционное время

Для определения нормы времени - времени выполнения определённого объёма работ в конкретных производственных условиях одним или несколькими рабочими, необходимо определить штучно - калькуляционное время Т_шк, в которое входит, помимо штучного времени, ещё и время на подготовку рабочих и средств производства к выполнению технологической операции и приведение их в первоначальное состояние после её окончания - подготовительно - заключительное время Т_пз. Это время необходимо для получения задания, приспособлений, оснастки, инструмента, установки их, для наладки станка на выполнение операции, снятие всех средств оснащения и сдачи их (табл.24). В штучно - калькуляционное время подготовительно - заключительное время входит как доля его, приходящаяся на одну заготовку. Чем большее число заготовок n обрабатывается с одной наладки станка (с одного установа, в одной операции) тем меньшая часть подготовительно - заключительного времени входит в состав штучно - калькуляционного.

В массовом производстве Т_пз принимается равным нулю, так как практически вся работа выполняется при одной наладке станка. 2.6.6. Расчёт потребности в оборудовании.
Расчетное количество станков (Z) для выполнения определенной операции рассчитывается по формуле

где Т_шт - штучное время, мин; П - программа выполнения деталей в смену, шт.;

Т_см - время работы станка в смену, ч. В расчётах принимается время работы станка в смену Т_см = 8 часов, в реальных условиях на каждом предприятии это время может приниматься иным.

2.6.7. Технико-экономическая эффективность.

Оценку технико-экономической эффективности технологической операции проводят по ряду коэффициентов, в числе которых: коэффициент основного времени и коэффициент использования станка по мощности /7, 8, 9/.

Коэффициент основного времени К_о определяет его долю в общем времени, затрачиваемом на выполнение операции

где Kо - коэффициент основного времени /9/.

Чем выше K_о, тем лучше построен технологический процесс, поскольку больше времени, отведённого на операцию, станок работает, а не простаивает, т.е. в этом случае уменьшается доля вспомогательного времени.

Ориентировочно величина коэффициента K_о для разных станков находится в следующих пределах

- протяжные станки - K_о = 0,35...0,945;

- фрезерные непрерывного действия - K_о = 0,85...0,90;

- остальные - K_о = 0,35...0,90.

Если коэффициент основного времени Kо ниже этих величин, то необходимо разработать мероприятия по уменьшению вспомогательного времени (применение быстродействующих приспособлений, автоматизация измерений детали, совмещение основного и вспомогательного времени и др.).

Коэффициент использования станка по мощности К_N определяется как

де K_N - коэффициент использования станка по мощности /9/; N_Р - мощность резания, кВт (в расчёте принимают ту часть технологической операции, которая происходит с наибольшими затратами мощности резания); N_ст - мощность главного привода станка, кВт; h - КПД станка.

Чем K_N ближе к 1, тем более полно используется мощность станка.

При неполной загрузке станка ухудшается показатель использования электроэнергии. Полная электрическая мощность, потребляемая из сети, S распределяется на активную P и реактивную Q. Их соотношения определяются как

При полной загрузке электродвигателя значение cosφ не будет равно 1, т.е. при этом из сети расходуется также и реактивная энергия. С учётом используемых электродвигателей примерные значения cosφ будут следующими: при загрузке 100% cosφ=0,85, при загрузке 50% - 0,7, при загрузке 20% - 0,5, и на холостом ходу - 0,2 этой величины.

Рассмотрим пример правильности применения ряда фрезерных станков (моделей 6Р13, 6Н13, 6Р12, 6Н12, 6Р11), если мощность потребная на резание составляет N_рез=3,2 кВт.

	Показатели		Модели фрезерных станков
			6Р13	6Н13	6Р12	6Н12	6Р11
	Мощность эл. двигателя	Nэд	11,0	10,0	7,5	7,0	5,5
	Мощность холостого хода	Nхх	2,200	2,500	2,250	1,750	1,100
	Мощность резания	Nрез	3,200	3,200	3,200	3,200	3,200
	Активная мощность	P=Nхх+Nрез	5,400	5,700	5,450	4,950	4,300
	Коэффициент использования	KN	0,491	0,570	0,727	0,707	0,782
	мощности электро двигателя
	Косинус фи	cos φ	0,585	0,635	0,718	0,708	0,740
	Полная потребляемая мощность	S	9,231	8,976	7,591	6,992	5,811
	Коэффициент эффективности потребляемой электр. мощности	Кэф	0,585	0,635	0,718	0,708	0,740
	Излишне использованная мощность из электросети	N из	3,831	3,276	2,141	2,042	1,511
	Неоправданные затраты электрической мощности	Nнеоп	2,320	1,766	0,630	0,531	0,000

Из приведённого примера видно, что неправильный выбор станка приводит к таким перерасходам электроэнергии, которые могут быть сопоставлены с мощностью резания.

В целях погашения излишне используемой реактивной мощности, за которую предприятия платят значительные штрафы, необходимо создавать специальные устройства для её погашения емкостной мощностью.

3. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕЗАНИЯ 3.1. Условия задачи. 3.1.1 Исходные данные.

Исходными данными для расчёта режима резания являются:

материал заготовки - поковка из стали 20Х;

предел прочности материала заготовки - s_в = 800 МПа (80 кг/мм²);

ширина обрабатываемой поверхности заготовки, В - 100 мм;

длина обрабатываемой поверхности заготовки, L - 800 мм;

требуемая шероховатость обработанной поверхности, R_a - 0,8 мкм (7 класс шероховатости);

общий припуск на обработку, h - 6 мм;

средняя дневная программа производства по данной операции, П - 200 шт.

3.1.2. Цель расчётов.

В результате проведённых расчётов необходимо:

выбрать фрезу по элементам и геометрическим параметрам;

выбрать фрезерный станок;

рассчитать величины элементов режима резания - глубина резания t, подача S, скорость резания v;

провести проверку выбранного режима резания по мощности привода и прочности механизма подачи станка;

произвести расчёт времени, необходимого для выполнения операции;

произвести расчёт необходимого количества станков;

провести проверку эффективности выбранного режима резания и подбора оборудования.

3.2. Порядок расчета. 3.2.1. Выбор режущего инструмента и оборудования.

Исходя из общего припуска на обработку h = 6 мм и требований к шероховатости поверхности, фрезерование ведем в два перехода: черновой и чистовой. По таблице 1 определяем тип фрезы - выбираем торцовую фрезу с многогранными твердосплавными пластинками по ГОСТ 26595-85. Диаметр фрезы выбираем из соотношения:

D = (1,25...1,5) • В = 1,4 • 100 = 140 мм

Выбор фрезы уточняем по таблицам 1, 2, 3, 4 - ГОСТ 26595-85, диаметр D = 125 мм, число зубьев z = 12, пятигранные пластинки, условное обозначение - 2214-0535.

Материал режущей части фрезы выбираем по таблице 5 для чернового фрезерования углеродистой и легированной незакалённой стали - Т5К10, для чистового фрезерования - Т15К6.

Геометрические параметры фрезы выбираем по таблицам 6 и 7 для фрез с пластинами из твёрдого сплава (табл. 6) при обработке стали конструкционной углеродистой с σв ≤ 800 МПа и подачей для чернового фрезерования > 0,25 мм/зуб: g = -5⁰; a = 8⁰; j = 45⁰; j_о = 22,5⁰; j₁ = 5⁰; l = 14⁰; для чистового фрезерования с подачей < 0,25 мм/зуб: g = -5⁰; a = 15⁰; j = 60⁰; j_о = 30⁰; j₁ = 5⁰; l = 14⁰.

Черновое фрезерование производим по схеме - несимметричное встречное (Рис. 8.б), чистовое - несимметричное попутное (Рис. 8.в).

Предварительно принимаем проведение работ на вертикально - фрезерном станке 6Р13, паспортные данные в таблице 20.

3.2.2. Расчёт элементов режима резания. 3.2.2.1. Назначение глубины резания.

При назначении глубины резания в первую очередь из общего припуска выделяется та его часть, которая остаётся для проведения чистовой обработки - t₂ = 1 мм. Чистовое фрезерование проводится за 1 рабочий ход i₂ = 1. Отсюда припуск h₁ при черновом фрезеровании составит :

h₁ = 6 - 1 = 5 мм.

Для снятия этого припуска достаточно одного рабочего хода, поэтому принимаем число рабочих ходов при черновом фрезеровании i₁ = 1. Тогда глубина резания t₁ при черновом фрезеровании составит

t₁ = h₁ / i₁ = 5 / 1 = 5 мм.

3.2.2.2. Назначение подачи.

Подачу при черновом фрезеровании выбираем из таблиц 8 и 9. Для торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава (табл. 8) с мощностью станка > 10 кВт при несимметричном встречном фрезеровании для пластинки Т5К10 подача на зуб находится в пределах S_z1 = 0,32…0,40 мм/зуб. Принимаем меньшую величину для гарантированного обеспечения условия по мощности на шпинделе S_z1 = 0,32 мм/зуб, подача на оборот составит . S_о1 = S_z1 • z =0,32 • 12 = 3,84 мм/об.

Подачу при чистовом фрезеровании выбираем по таблице 10. Для торцовых фрез с пластинами из твёрдого сплава (часть Б) с материалом, имеющим σ_в ≥ 700 МПа с шероховатостью обработанной поверхности R_a = 0,8 мкм с углом j₁ = 5⁰ подача на оборот фрезы находится в пределах S_о2 = 0,30…0,20 мм/об. Принимаем большую величину для повышения производительности процесса S_о2 = 0,30 мм/об. При этом подача не зуб составит

S_z2 = S_о2 / z = 0,30 / 12 = 0,025 мм/зуб.

3.2.2.3. Определение скорости резания.

Скорость резания определяем по формуле:

Значения коэффициента C_v и показателей степени определяем по таблице 11. Для чернового и чистового фрезерования конструкционной углеродистой стали с σ_в ≥ 750 МПа с применением твёрдосплавных пластин:

C_v = 332, q = 0,2; m = 0,2; x = 0,1; y = 0,4; u = 0,2; p = 0.

Принимаем Т = 180 мин, п. 2.4 таблица 1.

Общий поправочный коэффициент

Kv = K_mv • K_пv • K_иv • K_jv

Кmv находим по таблице 12 для обработки стали. Расчётная формула К_mv = К_г • (750/s_в)^nv. По таблице 13 находим для обработки стали углеродистой с σ_в > 550 МПа для материала инструмента из твёрдого сплава К_г = 1, n_v = 1. Тогда К_mv1,2 = 1 • (750/800)^1,0 = 0,938.

K_jv находим по таблице 2.2.4. - 2 для чернового фрезерования при j = 45^о K_jv1 = 1,1; для чистового фрезерования при j = 60^о K_jv2 = 1,0.

K_пv находим по таблице 14 для обработки при черновом фрезеровании - поковки K_пv1 = 0,8, при чистовом фрезеровании - без корки K_пv2 = 1.

Kиv находим по таблице 15 для обработки стали конструкционной фрезой с пластинками из твёрдого сплава Т5К10 при черновом фрезеровании K_иv1 = 0,65, с пластинками из твёрдого сплава Т15К6 при чистовом фрезеровании K_иv2 = 1.

Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен

K_v1 = 0,938 • 1,1 • 0,8 • 0,65 = 0,535.

Общий поправочный коэффициент для чернового фрезерования равен

K_v2 = 0,938 • 1,0 • 1,0 • 1,0 = 0,938.

Скорость резания при черновом фрезеровании равна

Скорость резания при чистовом фрезеровании равна:
Расчетное число оборотов фрезы определяем для чернового и чистового фрезерования по выражению

3.2.2.4. Уточнение режимов резания

По паспорту станка 6Р13 уточняем возможную настройку числа оборотов фрезы и находим фактические значения для черновой обработки n_ф1 = 200 мин^-1, для чистовой обработки n_ф2 = 1050 мин^-1, т.е. выбираем ближайшие наименьшие значения от расчётных. В результате этого изменится и фактическая скорость резания, которая составит при черновой обработке

v_ф1 = πDn/1000 = 3,14 • 125 • 200/1000 = 78,50 м/мин ,

а при чистовой обработке

v_ф2 = πDn/1000 = 3,14 • 125 • 1050/1000 = 412,12 м/мин .

Для уточнения величин подач необходимо рассчитать скорость движения подачи v_S по величине подачи на зуб и на оборот

v_S = S_o • n = S_z • z • n;

v_S1 = 0,32 • 12 • 200 = 768 мм/мин ; v_S2 = 0,3 • 1050 = 315 мм/мин.

По паспорту станка находим возможную настройку на скорость движения подачи, выбирая ближайшие наименьшие значения, v_S1 = 800 мм/мин, поскольку эта величина только на 4,17% выше расчётной и v_S2 = 315 мм/мин. Исходя из принятых величин уточняем значения подач на зуб и на оборот

S_oф1 = 800 / 200 = 4 мм/об; S_zф1 = 4 / 12 = 0,333 мм/зуб;

S_oф2 = 315 / 1050 = 0,3 мм/об; S_zф2 = 0,3 / 12 = 0,025 мм/зуб;

3.2.3. Проверка выбранного режима резания

Выбранный режим резания проверяем по характеристикам станка: мощности на шпинделе станка и максимально допустимому усилию, прилагаемому к механизму подачи. Поскольку нагрузки на станок при черновой обработке значительно выше, чем при чистовой, проверку выбранного режима резания проводим для чернового фрезерования.

Мощность, затрачиваемая на резание, должна быть меньше или равна мощности на шпинделе : N_р £ N_шп.

Мощность на шпинделе

N_шп = N_э • h = 11 • 0,8 = 8,8 кВт.

Мощность резания при черновом фрезеровании определится по формуле

Крутящий момент определится по формуле

Главная составляющая силы резания определяется по формуле
Значение коэффициента Ср и показателей степеней x, y, u, q, w находим по таблице 16: Ср = 825; x = 1,0; y = 0,75; u = 1,1; q = 1,3; w = 0,2. При затуплении фрезы до допустимой величины сила резания возрастает по стали с σв > 600 МПа в 1,3…1,4 раза. Принимаем увеличение в 1,3 раза.

Общий поправочный коэффициент K_р = K_mр • K_vр • K_gр • K_jр .

К_mр определяем по таблице 17 для обработки конструкционных углеродистых и легированных сталей К_mр = ( s_в/750 )^np, показатель степени n_p = 0,3 , тогда К_mр = ( 800/750 )0,3 = 1,02.

K_vр определяем по таблице 18 для черновой обработки при скорости резания до 100 м/мин при отрицательных значениях переднего угла K_vр1 = 1, для чистовой обработки при скорости резания до 600 м/мин K_vр2 = 0,71.

K_gр и K_jр определяем по таблице 19. При g = -5^о Kgр = 1,20 и при j = 45о K_jр1 = 1,06, при j = 60^о K_jр2 = 1,0.

Величина общего поправочного коэффициента составит

К_р1 = 1,02 • 1 • 1,20 • 1,06 = 1,297; К_р2 = 1,02 • 0,71 • 1,20 • 1,0 = 0,869

Главная составляющая силы резания при черновом фрезеровании составит

Крутящий момент определится как

Мощность резания при черновом фрезеровании определится как
Условие правильности выбора режима резания по мощности привода N_р £ N_шп не соблюдается, поскольку 48,51 > 8,8, это означает, что выбранный режим резания не может быть осуществлен на данном станке.

Наиболее эффективно снижение мощности резания за счёт уменьшения скорости резания, а также уменьшения подачи на зуб. Мощность резания необходимо уменьшить в 5,5 раза, для этого скорость резания уменьшим за счёт уменьшения числа оборотов фрезы с 200 до 40 об/мин с 78,5 м/мин до 14,26 м/мин. Скорость движения подачи при этом снизится с 768 мм/мин до v_S1 = 0,32 • 12 • 40 = 153,6 мм/мин. Поскольку изменение глубины резания приведёт к необходимости проведения второго рабочего хода, изменим величину скорости движения подачи до 125 мм/мин (таблица 20), при этом подача на зуб фрезы составит S_z1 = 125/12 • 40 = 0,26 мм/зуб.

Подставив новое значение подачи на зуб в формулу расчёта главной составляющей силы резания получим P_z1 = 31405,6 Н, крутящий момент станет равным М_кр1 = 1960,3 Нм, мощность резания N_р1 = 8,04 кВт, что удовлетворяет требованиям по мощности привода.

Вторым условием является то, что горизонтальная составляющая силы резания (усилие подачи) должна быть меньше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка: Р_г £ Р_доп.

Для станка 6Р13 Р_доп = 15000 Н.

Горизонтальная составляющая силы резания Рг при условии несимметричного встречного чернового фрезерования

Р_г = 0,6 • Р_z1 = 0,6 • 31364,3 = 18818,58 Н.

Так как условие Р_г £ Р_доп не соблюдается (18818,58 > 15000 ), выбранный режим резания не удовлетворяет условию прочности механизма продольной подачи станка. Для снижения горизонтальной составляющей силы резания необходимо уменьшить подачу на зуб фрезы. Представим формулу расчёта главной составляющей силы резания в виде

Наибольшее допустимое механизмом подачи значение главной составляющей силы резания должно быть не больше P_z1 £ P_доп / 0,6 ≤ 15000 / 0,6 ≤ 25000 Н. Из этого условия находим S_z1

По вновь выбранному значению S_z1 определяем v_s1 = 0,192 • 12 • 40 = 92,16 мм/мин, ближайшее меньшее значение на станке v_s1 = 80 мм/мин. Фактическая подача на оборот фрезы составит S_oф = 2 мм/об, фактическая подача на зуб фрезы составит S_zф = 0,167 мм/зуб.

В связи с многократным превышением показателей первого расчёта над допустимыми необходимо провести проверку правильности выбора режима резания при чистовом переходе.

Главная составляющая силы резания при чистовой обработке значительно ниже допустимых величин, в связи с чем корректировать расчёт не требуется.

Окончательно данные расчёта сведены в таблице

Наименование показателей	Единицы измерения	Для перехода
		чернового	чистового
Глубина резания t	мм	5	1
Расчётная подача на зуб фрезы Sz	мм/зуб	0,323	0,025
Расчётная подача на оборот фрезы So	мм/об	3,84	0,3
Расчётная скорость резания v	м/мин	88,24	503,25
Расчётное число оборотов фрезы n	об/мин	224,82	1282,16
Фактическое число оборотов фрезы nф	об/мин	200	1050
Фактическая скорость резания vф	м/мин	78,50	412,12
Расчётная скорость движения подачи vS	мм/мин	768	315
Фактическая скорость движения подачи vSф	мм/мин	800	315
Фактическая подача на оборот фрезы Soф	мм/об	4	0,3
Фактическая подача на зуб фрезы Szф	мм/зуб	0,333	0,025
Главная составляющая силы резания Pz	Н	37826,7	521
Крутящий момент Мкр	Нм	2364,17
Мощность резания N	кВт	48,51
Первая корректировка режима резания
Фактическое число оборотов фрезы nф	об/мин	40
Фактическая скорость резания vф	м/мин	15,7
Расчётная скорость движения подачи vS	мм/мин	159,84
Фактическая скорость движения подачи vSф	мм/мин	160
Главная составляющая силы резания Pz	Н	31364,3
Крутящий момент Мкр	Нм	1960,3
Мощность резания N	кВт	8,08
Горизонтальня составл. силы резания Pг	Н	18818,58
Вторая корректировка режима резания
Расчётная подача на зуб фрезы Sz	мм/зуб	0,192
Расчётная скорость движения подачи vS	мм/мин	92,16
Фактическая скорость движения подачи vSф	мм/мин	80
Фактическая подача на оборот Soф	мм/об	2
Фактическая подача на зуб Szф	мм/зуб	0,167

Таким образом станок налаживается по следующим величинам:

Черновой переход n_ф1 = 40 мин^-1, v_S1 = 80 мм/мин;

Чистовой переход n_ф2 = 1050 мин^-1, v_S2 = 315 мм/мин.

3.2.4. Расчёт времени выполнения операции. 3.2.4.1. Расчёт основного времени.
Основное время определяем по формуле

Длина фрезерования l = 800 мм;

Величина врезания фрезы l₁ определяется для условия несимметричного встречного фрезерования, принимаем С₁ = 0,04 • D,

l₁ = 0,5•125 - √0,04•125•(125 - 0,04•125) = 62,25 - 24,25 = 38 мм.

Величину перебега фрезы l₂ для чернового и чистового фрезерования принимаем одинаковой l₂ = 5 мм.

Число рабочих ходов i при чистовом и черновом фрезеровании равно 1.

Общая длина прохода фрезы для чернового и чистового фрезерования

L = 800 + 38 + 5 = 843 мм.

Основное время при торцовом фрезеровании заготовки за черновой и чистовой переходы составит:

3.2.4.2. Определение штучного времени.

Штучное время, затрачиваемое на данную операцию, определяется как

Т_шт = Т_о + Т_всп + Т_обс + Т_отд

Вспомогательное время Т_всп, затрачиваемое на установку и cнятие детали, определяем по таблице 21. Принимаем способ установки детали при длине 800 мм - на столе с выверкой средней сложности; при массе детали до 10 кг - время на установку и снятие заготовки равно 1,8 мин. Вспомогательное время на рабочий ход (таблица 22) принимаем для обработки плоскостей с одной пробной стружкой - 0,7 мин и на последующие проходы - 0,1 мин всего - 0,8 мин. Вpемя на измеpение заготовки с помощью штангенциркуля (таблица 23) по ширине и толщине заготовки (высоте от стола) - размеры до 100 мм с точностью до 0,1 мм, принимаем равным 0,13 мин.

Т_всп = 1,8 + 0,8 + 0,13 = 2,73 мин.

Тогда оперативное время

T_оп1 = Т_о + Т_всп = 10,54 + 2,73 = 13,27 мин.

Т_о2 = 2,68 + 2,73 = 5,41 мин

Время на обслуживание pабочего места и вpемя на отдых принимаем в процентах от оперативного времени:

Т_отд1 + Т_обс1 = 10 % • T_оп = 0,1 • 13,27 = 1,32 мин ;

Т_отд2 + Т_обс2 = 10 % • T_оп = 0,1 • 5,41 = 0,54 мин ;

Штучное время, затрачиваемое на данную операцию,

Т_шт1 = Т_о1 + Т_всп1 + Т_обс1 + Т_отд1 = Т_о1 • 0,1 Т_о1 =13,27 + 1,32 = 14,59 мин.

Т_шт2 = Т_о2 + Т_всп2 + Т_обс2 + Т_отд2 = Т_о2 • 0,1 Т_о2 = 5,41 + 0,54 = 5,95 мин.

3.2.4.3. Определение штучно-калькуляционного времени
Норма подготовительно - заключительного времени на выполнение данной операции при установке заготовки на столе с креплением болтами и планками (таблица 24) составит 24 мин.

3.2.5. Определение технико - экономической эффективности
3.2.5.1. Определение потребного количества станков
Принимаем количество станков необходимых для выполнения черновой обработки - Z_1ф = 6 шт, и для чистовой обработки Z_2ф = 3 шт. Шести станков для черновой операции на всю операционную партию не хватает, однако приняв 7 станков получим большой недогруз станков по времени работы. Предпочтительней принять загрузку шести станков с добавлением одной целой смены за определённый период времени. Для операции чистовой обработки 3 станка не будут полностью загружены в течение смены и с тем, чтобы их не переналаживать на выполнение другой операции необходимо откорректировать размер сменного задания - операционную партию. Одну смену за определённый период можно освободить для выполнения других работ или профилактики оборудования. При этом операционные партии составят

П_1ф = Z_1ф • Т_см • 60 / Т_шк1 =6 • 8 • 60 / 14,71 = 196 шт.

П_2ф = Z_2ф • Т_см • 60 / Т_шк2 =3 • 8 • 60 / 6,07 = 237 шт.

При черновой обработке нехватка оборудования составит

(П₁ - П_1ф) / П₁= (200 - 196) / 200 = 1 / 50,

т.е. через 50 смен необходимо добавить ещё одну для выполнения всего задания.

При чистовой обработке излишек времени оборудования составит

(П_2ф - П₂) / П₂ = (237-200) / 200 = 10 / 54,

т.е. примерно на каждые 6 смен одна смена может быть освобождена для выполнения других работ.

3.2.5.2. Коэффициент основного вpемени

В рассчитанных операциях основное время в составе штучного времени будет иметь следующую долю

К_о1 = Т_о1 / Т_ш1 = 10,54 / 14,59 = 0,72

К_о2 = Т_о2 / Т_ш2 = 2,68 / 5,95 = 0,45

Данные говорят о том, что при выполнении чистовой обработки относительно много времени отводится для вспомогательных действий, поэтому следует провести организационные или технологические мероприятия по механизации процессов, сокращению вспомогательного времени, совмещению основного и вспомогательного времени и т.д. При выполнении черновой обработки доля основного времени достаточно высока и не требует первоочередного проведения каких-либо мероприятий.

3.2.5.3. Коэффициент использования мощности станка

При операции черновой обработки мощность резания составляет 8,04 кВт при мощности на шпинделе станка 8,8 кВт, при этом коэффициент использования мощности составит

К_N = N_p / N_ст • h = 8,04 / 11 • 0,8 = 0,92

Коэффициент использования мощности станка K_N достаточно высок, при необходимости он может быть несколько повышен за счёт увеличения подачи на зуб.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Колокатов А.М. Методические указания по расчету (назначению) режимов резания при торцовом фрезеровании. - М.,МИИСП, 1989. - 27 с.

2. Некрасов С.С. Обработка материалов резанием. - М.: Агропромиздат, 1988.- 336 с.

3. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки /Кривоухов В.А., Петруха П.П. и др. - М. :Машиностроение, 1967. - 654 с.

4. Краткий справочник металлиста./ Под ред. А.Н.Малова и др. - Изд.2-е.- М. :Машиностроение, 1971. - 767 с.

5. Справочник технолога - машиностроителя. В 2 т. /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985.

6. Долматовский Г.А. Справочник технолога по обработке металлов резанием. - 3-е изд., перераб. - М.:ГНТИ, 1962. - 1236 с.

7. Некрасов С.С., Байкалова В.Н Методические рекомендации по выполнению домашнего задания по курсу "Обработка конструкционных материалов резанием" (для студентов факультетов механизации сельского хозяйства и инженерно-педагогического). - М.: МИИСП, 1988. - 38 с.

8. Некрасов С.С., Байкалова В.Н., Колокатов А.М. Определение технической нормы времени станочных операций: Методические рекомендации. - М.: МГАУ, 1995. - 20 с.

9. Некрасов С.С., Колокатов А.М., Баграмов Л.Г. Частные критерии оценки технико-экономической эффективности технологических процессов: Методические рекомендации. - М.: МГАУ, 1997. - 7 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1

Стандартные торцовые фрезы

 

ГОСТ	Типы торцовых фрез	Диаметр фрезы, (мм) / число ножей фрезы, (шт).
26595-85	Фрезы торцовые с механическим креплением многогранных пластин. Типы и основные размеры.	50/5, 63/6, 80/8, (80/10), 100/8, 100/10, 125/8, 125/12, 160/10, 160/14, (160/16), 200/12, 200/16, (200/20), 250/14, 250/24, 315/18, 315/30, 400/20, 400/40, 500/26, 500/50
24359-80	Фрезы торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры.	100/8, 125/8, 160/10, 200/12, 250/14, 315/18, 400/20, 500/26, 630/30
22085-76	Фрезы торцовые насадные с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин	100/8, 125/8, 160/10, 200/12
22087-76	Фрезы торцовые концевые с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин	63/5, 80/6
22086-76	Фрезы торцовые насадные с механическим креплением круглых твердосплавных пластин	100/10, 125/12, 160/14, 200/16
22088-76	Фрезы торцовые концевые с механическим креплением круглых твердосплавных пластин	50/5, 63/6, 80/8
9473-80	Фрезы торцовые насадные мелкозубые со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры.	100/10, 125/12, 160/16, 200/20, 250/24, 315/30, 400/36, 500/44, 630/52
9304-69	Фрезы торцовые насадные. Типы и основные размеры.	40/10, 50/12, 63/14, 80/16, 100/18, 63/8, 80/10,100/12,
16222-81	Фрезы торцовые насадные для обработки легких сплавов	50, 63, 80 при z = 4
16223-81	Фрезы торцовые насадные со вставными ножами с твердосплавными пластинами для обработки легких сплавов. Конструкция и размеры.	100/4, 125/6, 160/6, 200/8, 250/10, 315/12

Примечание: В скобках указаны фрезы другого исполнения

Таблица 2

Фрезы торцовые с механическим креплением многогранных пластин

(ГОСТ 26595-85)

 

Обозначение фрез с пластинами формы				D,
3-гранной j = 900	4-гранной j = 750	5-гранной j = 670	круглой	мм	Z
2214-0351 2214-0359 2214-0368 2214-0377 2214-0395 2214-0421 2214-0539 2214-0554 2214-0462 2214-0479 2214-0506 2214-0524	2214-0353 2214-0362 2214-0371 2214-0379 2214-0397 2214-0423 2214-0542 2214-0556 2214-0464 2214-0482 2214-0508 2214-0526	2214-0355 2214-0364 2214-0373 2214-0382 2214-0399 2214-0535 2214-0544 2214-0277 2214-0466 2214-0484 2214-0511 2214-0528	2214-0357 2214-0366 2214-0375 2214-0384 2214-0402 2214-0292 2214-0293 2214-0558 2214-0468 2214-0486 2214-0513 2214-0531	50 63 80 80 100 125 160 200 250 315 400 500	5 6 8 10 10 12 14 12 14 18 40 50

Примечание: Пример условного обозначения торцовой фрезы диаметром 80 мм, праворежущей, с механическим креплением трехгранных пластин из твердого сплава, с числом зубьев 8: Фреза 2214-0368 ГОСТ 26595-85.

То же, для пластин из безвольфрамового твердого сплава:

Фреза 2214-0368 Б ГОСТ 26595-85.

Таблица 3

Фрезы торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными

пластинами из твердого сплава (ГОСТ 24359-80)

Обозначение	D, мм	Z	Обозначение	D, мм	Z
2214-0001 2214-0003 2214-0005 2214-0007	100 125 160 200	8 8 10 12	2214-0011 2214-0013 2214-0015 2214-0017 2214-0019	250 315 400 500 630	14 18 20 26 30

Примечания: 1. Главный угол в плане j может быть 45⁰, 60⁰, 75⁰, 90⁰

Пример условного обозначения праворежущей торцовой фрезы

с ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава марки

Т5К10 диметром 200 мм и углом j = 60⁰:

Фреза 2214-0007 Т5К10 60⁰ ГОСТ 24359-80

Таблица 4

Фрезы торцовые концевые и насадные с механическим креплением

круглых твердосплавных пластин

ГОСТ	Обозначение	D, мм	Z
22088-76	2214-0321 2214-0322 2214-0323	50 63 80	5 6 8
22086-76	2214-0291 2214-0292 2214-0293 2214-0294	100 125 160 200	10 12 14 16

Примечание: Пример условного обозначения фрезы диаметром 80 мм:

Фреза 2214-0323 ГОСТ 22088-76

Таблица 5

Марки твёрдого сплава для торцовых фрез

	Марка твёрдого сплава для торцовых фрез при обработке
Вид фрезерования	углеродистой и легированной незакаленной	труднообраба- тываемой стали	чугуна
	стали		HB 240	HB 400...700
черновое	Т5К10, Т5К12Б ТТ7К12Б, ТТ10К8Б	ВК8, ВК10-ОМ, ВК15-ОМ	ВК8 ВК10 ВК15	-
получистовое	Т15К6, Т14К8	ВК8, ВК6-ОМ, ВК10-ОМ	ВК6 ВК6М	ВК6М
чистовое	Т15К6, Т30К4	ВК8, ВК6М	ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4	ВК3М

Примечание: В сплаве ВК6М буква М означает мелкозернистую структуру.

Буквы ОМ - особо мелкозернистая структура

Таблица 6

Геометрические параметры режущей части торцовых фрез

с пластинами из твердого сплава

		Задний угол для		Угол в плане			Угол
Обрабатываемый материал	Перед- ний угол,	работы с подачей в мм/зуб, an = a1		глав- ный,	переходной кромки	вспо- мога- тельный,	наклона режущей кромки,
	g	< 0,25	> 0,25	j	jо	j1	l
Стали конструкционные углеродистые : sв £ 800 МПа sв > 800 МПа	-50 -100	12-160	6 - 80	15-600	j/2	50	12-150
Чугун серый HB 200	+50	12-150	6 - 80	15-600	j/2	50	12-150
Чугун ковкий	+70	6 - 80	60	600	j/2	20	12-150

Таблица 7

Геометрические параметры режущей части торцовых фрез

из быстрорежущей стали Р18