- •При назначении элементов режимов резания учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.
- •Выбор режущего инструмента
- •При назначении элементов режимов резания учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.
- •Круглошлифовальный станок 3м131
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ» имени первого Президента России Б.Н.Ельцина
Кафедра «Технология машиностроения»
Курсовая работа
на тему «Выбор режимов резания»
по дисциплине «Процессы формообразования и инструмент»
Вариант №4.
Преподаватель
______________ С.А.Ничкова
Студент гр. МЗ-37011ну
_______________ А.В.Буряк
Екатеринбург – 2009
Задание №1
На токарно-винторезном станке мод. 16К20 обрабатываются шейки вала диаметром D = 95 мм до d = 91 мм на длине L = 0,1*L. Длина вала L = 300 мм, L = 30 мм. Способ крепления трех кулачковый патрон.
Сталь 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа.
Шероховатость Rz = 40 мкм.
Точность 0,220 мм.
Паспортные данные токарно-винторезного станка 16К20.
Высота центров, мм - 215
Расстояние между центрами, мм - до 2000.
Мощность двигателя, Nд=10 кВт
КПД станка h=0,75.
Частота вращения шпинделя, об/мин: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600.
Продольные подачи, 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.
Поперечные подачи, мм/об: 0,025; 0,03; 0,0375; 0,045; 0,05; 0,0625; 0,075; 0,0875; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4.
Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи.
Рх=600 кгс»6000 Н.
При назначении элементов режимов резания учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.
Элементы режима резания обычно устанавливают в следующем порядке:
а) глубина резания;
б) подача;
в) скорость резания;
г) стойкость;
д) сила резания.
Выбор режущего инструмента
Для обтачивания шеек вала из стали 40ХГТ принимаем токарный проходной резец прямой правый с пластиной из твердого сплава Т5К10, с=4 мм (толщина пластинки); ВхН=16х25 (сечение державки); Ip=1,5Н (вылет резца).
Форма передней поверхности радиусная с фаской; геометрические параметры режущей части резца:
Параметры срезаемого слоя.
Слой материала, срезаемый с поверхности резания, при любом методе обработки характеризуют его физическими размерами: толщиной и шириной. Толщиной срезаемого слоя при продольном точении можно считать размер а, а шириной размер в.
а = s·sinц = 1·1=1 мм
Выбор параметров режима резания.
Глубина резания.
При предварительном выборе подачи S общем случае можно пользоваться соотношением
5 < t/S < 10 (2)
5<2/0,25<10
5<8<10
Если к качеству обрабатываемой поверхности предъявляются более высокие требования, то подачу следует определять из соотношения
8 < t/S < 10 (3)
Подача, допустимая прочностью державки резца, рассчитывается по формуле
мм/об, (5)
Pz=10CpS t K =10·300·0,250,75·21,0·1,58=3351,68 Н
l =1,5·25=37,5 мм = 0,0375 м.
М =Р l =3351,68·0,0375=125,68 Нм
W = ВНІ/6=0,016·0,0252/6=1,6·10-6 м3
у =М /W ≤ [у ]=125,68/1,6·10-6=78,5 ≤ [510]
где В и Н – ширина и высота державки резца, м [4, стр. 45];
[уи] – допустимое напряжение на изгиб материала державки резца, МПа [3, стр. 86];
C , Х , Y – эмпирические коэффициенты и показатели степеней в
формуле Pz=10CpS t K , Н (табл.22 [6, стр. 273];
или [2, стр. 429]);
l – вылет резца, м (l = 1…1,5) Н, [4, стр. 45]);
К – поправочный коэффициент;
где поправочные коэффициенты учитывающие влияние соответственно механических свойств обрабатываемого материала, главного угла в плане, переднего угла, радиуса при вершине угла, угла наклона главной режущей кромки (табл. 9, 10 ,23 [6, стр. 430]).
Формула (5) получена из условия прочности державки:
у =М /W ≤ [у ],
где М =Р ·l – изгибающий момент от главной составляющей силы резания, Нм;
W = В·НІ/6 – момент сопротивления изгибу, мі.
Подача, допускаемая жесткостью державки определяется, по формуле
мм/об, (6)
f = Р ·l і/(3·Е· l ) ≤ [f ]=4740·(2,08·10-8)3/3·22·1010·2,08·10-8=0,0001≤ [0,0001] м
l = В·Ні/12=0,016·0,0253/12=2,08·10-8 м4
где [f ] – допустимая величина прогиба резца (при черновой обработке
[f ] = 0,0001 м, при чистовой – 0,00003 – 0,00005 м);
Е – модуль упругости материала державки, Па (для стали Е = 20…22·10 Па,
для чугуна – 9…16·10 Па).
Формула (6) получена из условия жесткости державки:
f = Р l і/(3Е l ) ≤ [f ] м,
где l = ВНі/12 – момент инерции державки резца м .
Подача, допустимая твердостью твердосплавной пластины.
При черновой обработке резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава, подача часто ограничивается прочностью этой пластинки:
(7)
где q – толщина пластинки твердого сплава, мм (q = 4…5 мм).
Формула (7) получена на основании эмпирической зависимости для расчета максимально допустимого усилия на пластинку:
(8)
Подставив в формулу (8) вместо [P ] выражение P =10·С ·S ·t ·K и решив относительно S, получим формулу (7).
Подача, допустимая прочностью механизма подач станка, рассчитывается по формуле:
мм/об, (9)
где [Q] – максимально – допустимое усилие подачи по паспорту станка, Н.
Сила, действующая на механизм подачи, может быть определена по формуле:
Q = P +f ·P Н.
Q = 1340,67+0,1·1340,67=1474,73 Н
где f – коэффициент трения между суппортом и направляющими станка (f = 0,1).
Q не должна быть больше [Q], т.е.
Q ≤ [Q]. (10)
1675,84 ≤ [6000].
Для упрощения можно считать, что P = 0,4· P [5, стр.123], тогда
P = 0,4· P =0,4·3351,68=1340,67 Н
Q = 0,5· P Н (11)
Q = 0,5· 3351,68=1675,84 Н
Подставив в формулу (10) вместо Q его значение из формулы (11) и решив уравнение относительно S, получим уравнение (9).
Подача, допустимая заданной шероховатостью обработанной поверхности, определяется по формуле:
мм/об (12)
где R – высота микронеровностей, мкм;
r – радиус при вершине резца в плане, мм;
Сr, х, y, z, u – эмпирические коэффициент и показатели степеней (табл. 5).
Подача, допустимая заданной точностью обработки, вычисляется из выражения:
мм/об (13)
j = 5290·D =5290·0,40,24 = 5290·0,8=4232 Н/м
jД =0,03·А·Е·D4/L3 =0,03·110·22·1010·0,0954/0,33 = 59133153,75/0,027=2190116777,7
JР = Е·В·Н3/(4·lP3)= 22·1010·0,016·0,0253/4·1,53=68750/4·0,03753=5092,59 Н/м
где j = 5290·D – жесткость станка, Н/м (D – максимальный диаметр
обрабатываемой детали по паспорту станка);
jД = 0,03·А·Е·D4/L3 – жесткость детали, Н/м;
D – диаметр детали, м;
А – коэффициент, определяющий жесткость закрепления детали (консольно в
патроне – А = 3; в центрах – А = 48; в патроне с поджимом задним центром – А = 110);
L – длина детали, м;
JР = Е·В·Н3/(4·lP3) – жесткость резца, Н/м;
д – величина поля допуска выполняемого размера, мм;
б – коэффициент, определяющий допустимую долю погрешности обработки (б = 0,4…0,5);
Е – модуль упругости (сталь – Е = 20…22·1010 Па, чугуна – Е = 8…16·1010 Па).
Подача при чистовой обработке не должна превышать ни одну из расчтинных выше подач. Она подбирается из ряда подач, имеющихся на выбранном станке.
В соответствии с паспортными данными станка принимаем S=0,25 мм/об.
Стойкость инструмента:T=60 мин.
Скорость резания, допускаемая материалом резца
, м/мин
где Cv= 420; x = 0,15; y = 0,20; m = 0,2. [6. стр. 269, табл. 17].
Поправочный коэффициент для обработки резцом с твердосплавной пластиной
Kv=Kmv×Knv×Kuv×Kjv
,
где Kr=1; nv=1 [6. стр. 262, табл. 2].
тогда
Knv= 1,0; Kuv=0,65; Kjv=0,7 [6. стр. 263, табл. 5 и 6], [6. стр. 271, табл. 18].
м/мин.
Частота вращения, соответствующая найденной скорости резания
, об/мин
об/мин.
Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка
nф=125 об/мин.
Действительная скорость резания
, м/мин; м/мин.
6 .Сила резания.
Рz=10·Cp·tx·sy·vn·Kp
Значение коэффициентов Сp и показателей степеней приведены для точения в [6. стр. 273, табл. 22].
Сp= 300; x = 1,0; y = 0,75; n = -0,15.
Кцр= 0,94; Кгр= 1,1; Клр= 1,0; Кrр= 0,93. [6. стр. 275, табл. 23].
Kмр= [6. стр. 264, табл. 9].
Pz=10CpS t K =10·300·0,250,75·21,0·37,28-0,15·1,58=1943,97 Н
Мощность резания.
Вычислим требуемую мощность, затрачиваемую на обработку заготовки детали по формуле:
Вычислим мощность на шпинделе Nшп. и сопоставим с затрачиваемой мощностью на обработку заготовки, N.
Nшп. = Nэ · h = 10 · 0,75 = 7,5 кВт.
Следовательно, станок не лимитирует выбранного режима резания.
7. Основное время
, мин
где L - путь инструмента в направлении рабочей подачи, мм;
i - количество проходов.
L=l+y+ , мм
где l - размер обрабатываемой поверхности в направлении подачи;
y - величина врезания, мм;
- величина перебега, мм, =1¸2 мм.
y=t×ctgj =2·1=2 мм
где t - глубина резания;
j - главный угол в плане резца.
L=30+2+2=34
мин.
Задание №2
На вертикально – сверлильном станке 2Н135 производится сверление отверстия диаметром D = 15 мм и глубиной сверления L = 50 мм в заготовке Н = 50 мм. Способ крепления в тисках.
Сталь 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа.
Шероховатость Rz = 40 мкм.
Точность 0,220 мм.
Паспортные данные вертикально – сверлильного станка 2Н135
Мощность двигателя Nдв.= 4,5 кВт.
КПД станка h = 0,8.
Частота вращения шпинделя , об/мин: 31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1440.
Подачи, мм/об: 0,1; 0,14; 0,2; 0,28; 0,4; 0,56; 0,8; 1,12; 1,6.
Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи станка Рmax =15000 Н.
При назначении элементов режимов резания учитываем характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.
Элементы режима резания обычно устанавливают в следующем порядке:
а) глубина резания;
б) подача;
в) скорость резания;
г) стойкость;
д) сила резания.
Наиболее распространенный метод получения отверстий резанием – сверление.
Движение резания (главное движение) при сверлении – вращательное движение, движение подачи поступательное. В качестве инструмента при сверлении применяются сверла. Самые распространенные из них – спиральные, предназначены для сверления и рассверливания отверстий, глубина которых не превышает 10 диаметров сверла. Градация диаметров спиральных сверел должна соответствовать: ГОСТ 885 – 77. Отличительной особенностью назначения режима резания при сверлении является то, что глубина резания t = 0,5D.
Выбор режущего инструмента
Для сверления стали 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа согласно выбираем сверло D = 15 мм, из стали Р18, ГОСТ 10903 – 77 заточенное по методу В.И. Жирова, угол при вершине сверла 2j = 118°; задний угол б = 12°; угол наклона поперечной кромки ш = 40°, [6. стр. 146, табл. 42], [6. стр. 151, табл. 44].
Эскиз инструмента.
Параметры срезаемого слоя.
Выбор параметров режима резания.
Глубина резания.
t = 0,5·D = 0,5 · 15 = 7,5 мм.
Выбор подачи.
Для сверления заготовки сталь 40 ХГТ – твердость у = 1470 МПа, сверлом диаметром 15 мм., выбираем подачу S = 0,20 ¸ 0,23мм/об, [6. стр. 277, табл. 25]
При сверлении отверстия глубиной l ≤ 4D поправочный коэффициент КlS = 1 из этого следует: S=0,20¸0,23мм/об. По паспорту станка устанавливаем ближайшую подачу к расчетной: S=0,2 мм/об.
Стойкость инструмента: Т = 45 мин, [6. стр. 279, табл. 30].
Выбор скорости и числа оборотов.
Скорость резания, м/мин, при сверлении:
Значение коэффициентов Сv и показателей степеней приведены для сверления в [6. стр. 278, табл. 28].
Сv= 7,0; q = 0,40; y = 0,70; m = 0,20.
Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,
Кv=Кмv· Киv ·Klv.
Киv= 1,0; Klv= 0,85.
Кv= 0,545 · 1,0 · 0,85 = 0,463.
По найденной скорости резания подсчитывается необходимое число оборотов инструмента в минуту:
По теоретически найденной частоте вращения шпинделя (принимают ближайшее меньшее значение) подберем число оборотов шпинделя, существующие по паспорту станка, она составляет nф = 250 об/мин.
Тогда фактическая скорость резания будет равна;
Проверка выбранного режима по осевому усилию и мощности.
Для установленных условий сверления D = 15 мм, S = 0,2мм/об и
n = 250 об/мин, проведем следующие вычисления:
Крутящий момент, Н·м, и осевую силу, Н, при сверлении рассчитаем по формулам:
где коэффициенты:
крутящий момент: СМ = 0,0345; q = 2,0; у = 0,8
осевой силы: СР. = 68; q = 1,0; у = 0,7 [6. стр. 281, табл. 32].
Акр = Км; Км = [6. стр. 264, табл. 9].
Вычислим требуемую мощность, затрачиваемую на обработку заготовки детали по формуле:
Вычислим мощность на шпинделе Nшп. и сопоставим с затрачиваемой мощностью на обработку заготовки, Nе.
Nшп. = Nдв. · h = 4,5 · 0,8 = 3,6 кВт.
Следовательно, станок не лимитирует выбранного режима резания.
Расчет машинного времени на обработку.
Задание №3
При решении задачи следует проанализировать предложенные для заданных условий методы обработки и сопоставить эффективность их применения по машинному времени и качеству обработки.
Обработать плоскость АхВ (560х50) мм заготовки толщиной С (110) мм.
Припуск на обработку h = 2 мм. Сопоставить эффективность обработки при различных процессах: строгании и фрезеровании. Модели станков: при фрезеровании – горизонтально – фрезерный станок модели 6Н82Г, при строгании – поперечно – строгальный станок модели 736.
Чугун СЧ18 твердость НВ = 207
Шероховатость Rz = 40 мкм.
Паспортные данные вертикально – фрезерного станка станка 6Р12
Рабочая поверхность стола - 320 х 1250 мм.
Мощность электродвигателя главного движения Nэ = 7 кВт.
КПД станка h = 0,75.
Частота вращения шпинделя, мин-1 : 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 950; 1180; 1500.
Подачи стола (мм/мин) : 19; 23,5; 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 235; 300; 375; 475; 600; 750; 900.
Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи стола, Р = 15000 Н.