Одним из многофункциональных способов обработки металлов является точение. С его помощью осуществляется черновая и чистовая отделка в процессе изготовления или ремонта деталей. Оптимизация процесса и эффективная качественная работа достигается путем рационального подбора режимов резания.
Особенности процесса
Токарная отделка осуществляется на специальных станках с помощью резцов. Главные движения выполняются шпинделем, который обеспечивает вращение закрепленного на нем объекта. Движения подачи совершаются инструментом, который закреплен в суппорте.
К основным видам характерных работ относятся: торцевое и фасонное обтачивание, растачивание, обработка углублений и канавок, подрезание и отрезание, оформление резьбы. Каждый из них сопровождается производительными движениями соответствующего инвентаря: проходных и упорных, фасонных, растачивающих, подрезных, отрезных и резьбовых резцов. Разнообразный типаж станков позволяет обрабатывать мелкие и очень крупные объекты, внутренние и внешние поверхности, плоские и объемные заготовки.
Основные элементы режимов
Режим резания при токарной обработке – это комплекс параметров работы металлорежущего станка, направленный на достижение оптимальных результатов. К ним относятся следующие элементы: глубина, подача, частота и скорость вращения шпинделя.
Глубина – это толщина металла, снимаемая резцом за один проход (t, мм). Зависит от заданных показателей чистоты и соответствующей шероховатости. При черновом точении t = 0,5-2 мм, при чистовом - t = 0,1-0,5 мм.
Подача – расстояние перемещения инструмента в продольном, поперечном или прямолинейном направлении относительно одного оборота обрабатываемой детали (S, мм/об). Важными параметрами для ее определения являются геометрические и качественные характеристики токарного резца.
Частота вращения шпинделя – количество оборотов главной оси, к которой крепится заготовка, осуществляемое за период времени (n, об/с).
Скорость – ширина прохода за одну секунду с соответствием заданной глубины и качества, обеспеченная частотой (v, м/с).
Сила точения – показатель расходуемой мощности (P, Н).
Частота, скорость и сила – важнейшие взаимосвязанные элементы режима резания при токарной обработке, которые задают и оптимизационные показатели отделки конкретного объекта, и темп работы всего станка.
Исходные данные
С точки зрения системного подхода процесс точения можно рассматривать как слаженное функционирование элементов сложной системы. К ним относятся: токарный станок, инструмент, заготовка, человеческий фактор. Таким образом, на эффективность этой системы влияет перечень факторов. Каждый из них учитывается тогда, когда необходимо рассчитать режим резания при токарной обработке:
- Параметрические характеристики оборудования, его мощность, тип регулирования вращения шпинделя (ступенчатое или бесступенчатое).
- Способ крепления заготовки (с помощью планшайбы, планшайбы и люнета, двух люнетов).
- Физические и механические свойства обрабатываемого металла. Учитывается его теплопроводность, твердость и прочность, тип производимой стружки и характер ее поведения относительно инвентаря.
- Геометрические и механические особенности резца: размеры углов, державки, радиус при вершине, размер, тип и материал режущей кромки с соответствующей теплопроводностью и теплоемкостью, ударной вязкостью, твердостью, прочностью.
- Заданные параметры поверхности, в том числе ее шероховатость и качество.
Если все характеристики системы учтены и рационально просчитаны, становится возможным достижение максимальной эффективности ее работы.
Критерии эффективности точения
Детали, изготавливаемые с помощью токарной отделки, являются чаще всего составляющими ответственных механизмов. Требования выполняются с учетом трех основных критериев. Наиболее важным является максимальное выполнение каждого из них.
- Соответствие материалов резца и обтачиваемого объекта.
- Оптимизация между собой подачи, скорости и глубины, максимальная производительность и качество отделки: минимальная шероховатость, точность форм, отсутствие дефектов.
- Минимальные затраты ресурсов.
Порядок расчета режима резания при токарной обработке осуществляется с высокой точностью. Для этого существует несколько различных систем.
Способы вычисления
Как уже было сказано, режим резания при токарной обработке требует учета большого количества разных факторов и параметров. В процессе развития технологии многочисленные ученые умы разработали несколько комплексов, направленных на вычисление оптимальных элементов режимов резания для различных условий:
- Математический. Подразумевает точный расчет по существующим эмпирическим формулам.
- Графоаналитический. Совмещение математического и графического методов.
- Табличный. Выбор значений, соответствующих заданным условиям работы, в специальных комплексных таблицах.
- Машинный. Использование программного обеспечения.
Наиболее подходящий выбирается исполнителем в зависимости от поставленных задач и массовости производственного процесса.
Математический метод
Аналитически вычисляются режимы резания при токарной обработке. Формулы существуют более и менее сложные. Выбор системы определяется особенностями и требуемой точностью результатов просчетов и самой технологии.
Глубина рассчитывается как разность толщины заготовки до (D) и после (d) обработки. Для продольных работ: t = (D - d) : 2; а для поперечных: t = D - d.
Допустимая подача определяется поэтапно:
- цифры, которые обеспечивают необходимое качество поверхности, Sшер;
- подача с учетом характеристик инструмента, Sр;
- значение параметра, учитывающее особенности закрепления детали, Sдет.
Каждое число вычисляется по соответствующим формулам. В качестве фактической подачи выбирают наименьшую из полученных S. Также существует обобщающая формула, учитывающая геометрию резца, заданные требования к глубине и качеству точения.
- S = (Cs*Ry*ru) : (tx*φz2), мм/об;
- где Cs – параметрическая характеристика материала;
- Ry – заданная шероховатость, мкм;
- ru – радиус при вершине токарного инструмента, мм;
- tx – глубина точения, мм;
- φz – угол при вершине резца.
Скоростные параметры вращения шпинделя считаются по различным зависимостям. Одна из фундаментальных:
v = (Cv*Kv) : (Tm*tx*Sy), м/мин, где
- Cv – комплексный коэффициент, обобщающий материал детали, резца, условия процесса;
- Kv – дополнительный коэффициент, характеризующий особенности точения;
- Tm – стойкость инструмента, мин;
- tx – глубина резания, мм;
- Sy – подача, мм/об.
При упрощенных условиях и с целью доступности расчетов, скорость токарной обработки заготовки можно определить:
V = (π*D*n) : 1000, м/мин, где
- n – частота вращения шпинделя станка, об/мин.
Используемая мощность оборудования:
N = (P*v) : (60*100), кВт, где
- где P – сила резания, Н;
- v – скорость, м/мин.
Приведенная методика является очень трудоемкой. Существует большое разнообразие формул различной сложности. Чаще всего сложно правильно подобрать нужные, чтобы произвести расчет режимов резания при токарной обработке. Пример наиболее универсальных из них приведен тут.
Табличный метод
Суть этого варианта состоит в том, что показатели элементов находятся в нормативных таблицах в соответствии с исходными данными. Существует перечень справочников, в которых приведены значения подач в зависимости от параметрических характеристик инструмента и заготовки, геометрии резца, заданных показателей качества поверхности. Есть отдельные нормативы, вмещающие в себе предельно допустимые ограничения для различных материалов. Отправные коэффициенты, необходимые для расчета скоростей, также содержатся в специальных таблицах.
Такая методика используется обособленно или одновременно с аналитической. Она удобна и точна в применении для несложного серийного производства деталей, в индивидуальных мастерских и в домашних условиях. Она позволяет оперировать цифровыми значениями, используя минимум усилий и исходных показателей.
Графоаналитический и машинный методы
Графический способ является вспомогательным и основан на математических расчетах. Вычисленные результаты подач наносятся на график, где расчерчивают линии станка и резца и по ним определяют дополнительные элементы. Этот метод – очень сложная комплексная процедура, которая является неудобной для серийного производства.
Машинный способ – точный и доступный вариант для опытного и начинающего токаря, разработанный для того, чтобы вычислять режимы резания при токарной обработке. Программа предоставляет наиболее точные значения в соответствии с заданными исходными данными. Они обязательно должны включать:
- Коэффициенты, характеризующие материал обрабатываемой детали.
- Показатели, соответствующие особенностям инструментального металла.
- Геометрические параметры токарных резцов.
- Числовое описание станка и способов закрепления заготовки на нем.
- Параметрические свойства обрабатываемого объекта.
Сложности могут возникать на этапе числового описания исходных данных. Правильно задав их, можно быстро получить комплексный и точный расчет режимов резания при токарной обработке. Программа может содержать неточности работы, однако они менее значительны, чем при ручном математическом варианте.
Режим резания при токарной обработке – важная расчетная характеристика, определяющая ее результаты. Одновременно с элементами выбираются инструменты и охлаждающе-смазывающие вещества. Полный рациональный подбор этого комплекса – показатель опытности специалиста или его упорности.
