Расчет режимов резания при фрезеровании (Методические рекомендации)

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)

( 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 Dr - вращение инструмента,

движение подачи DS - 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?, главную режущую

кромку К, вспомогательную режущую кромку К', главную заднюю поверхность

лезвия А?, вспомогательную заднюю поверхность лезвия А'?, вершину лезвия,

корпус фрезы, зуб фрезы, спинку зуба, фаску.

В координатных плоскостях статической системы координат (Рис. 4.)

рассматриваются геометрические параметры фрезы, среди которых ?, ? -

передний и задний углы в главной секущей плоскости, ?Н - передний угол в

нормальной секущей плоскости, ? - угол наклона зуба.

Передний угол ? облегчает образование и сход стружки, главный задний

угол ? способствует уменьшению трения задней поверхности по обработанной

поверхности заготовки. У незатылованных зубьев передний угол выполняется в

пределах ? = 10о...30о, задний угол ? = 10о...15о 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 ?

= 8о...12о.

Угол наклона зубьев ? 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 ?, угол в плане переходной режущей кромки ?п и

вспомогательный угол в плане ?1. Геометрические параметры фрезы

рассматриваются в статической системе координат. Углы в плане это углы в

основной плоскости Рvc. Главный угол в плане ? - это угол между рабочей

плоскостью РSc и плоскостью резания Рnc Величина главного угла в плане

определяется исходя из условий резания как у токарного резца, при ?=0?

режущая кромка становится только торцовой, а при ?=90? она становится

периферийной. Вспомогательный угол в плане ?1 - это угол между рабочей

плоскостью РSc и вспомогательной плоскостью резания Р'nc, он составляет

5о...10о, 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 Pv рассматриваются углы в плане: главный угол в

плане (, вспомогательный угол в плане (1 и угол вершины ?. Главный угол в

плане ( - это угол между плоскостью резания Pn и рабочей плоскостью PS. 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 (( ( 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 ( = 10...300. При нормальной жесткости системы - (

= 45...600; обычно принимают ( = 600. Вспомогательный угол в плане (1 у

торцовых фрез принимают равным 2...100. Чем меньше этот угол, тем меньше

шероховатость обработанной поверхности.

В главной секущей плоскости P? рассматриваются передний угол ( и

главный задний угол (. Передний угол ( - это угол между основной плоскостью

Pv и передней поверхностью А?, главный задний угол ( - это угол между

плоскостью резания Рn и главной задней поверхностью А?.

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

Главный задний угол ( для торцовых твердосплавных фрез ( =

10...250.

В плоскости резания рассматривается угол наклона главной режущей

кромки (. Это угол между режущей кромкой и основной плоскостью Pv. Он

оказывает влияние на прочность зуба и стойкость фрезы. У торцовых

твердосплавных фрез угол ( рекомендуется выполнять в пределах от +50 до

+150 при обработке стали и от -50 до +150 при обработке чугуна.

Угол наклона винтовых зубьев ( 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 amax=Sz, 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 < Dф 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 Ra = 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 - Ra = 12,5...6,3 мкм (3...4 класс);

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

- тонкое фрезерование - Ra = 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

So(мм/об) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время,

соответствующее одному обороту фрезы, и подача на зуб Sz(мм/зуб) -

перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее

повороту фрезы на один угловой шаг зубьев.

Помимо этого рассматривается также скорость движения подачи vs (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 So и Sz. Используя зависимости: So = Sz ? z, vs = So ?

n где z - число зубьев фрезы, n - число оборотов фрезы (об/мин) определим

vs = So ? n = Sz ? z ? n.

Исходной величиной при черновом фрезеровании является подача на один

зуб Sz, 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 So,

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);

Sz - подача на зуб (мм/зуб);

B - ширина фрезерования (мм);

Z - число зубьев фрезы;

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

kv - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

Величины Cv 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 Kv. 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 Kv, который представляет собой

произведение отдельных поправочных коэффициентов, Каждый из которых

отражает изменение, относительно исходных, отдельных параметров /5/ :

Kv = K(v ( Kпv ( Kиv ( K(v,

K(v - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства

обрабатываемого материала, таблицы 12, 13;

Kпv - коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя

заготовки, таблица 14;

Kиv - коэффициент, учитывающий инструментальный материал, таблица 15;

K(v - коэффициент, учитывающий величину ( - главного угла в плане,

Таблица 2.2.4. - 2

|( |150 |300 |450 |600 |750 |900 |

|K(v |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. nф ( n, где nф -

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):

vS(Sм) = Sz ( z ( nф = Sо ( nф (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:

Nр ( Nшп ,

где Nр - эффективная мощность резания, кВт;

Nшп - 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

Nшп = Nэ ( ( ,

где Nэ - мощность электродвигателя привода главного движения резания,

кВт, ( - КПД механизмов привода станка, ( = 0,7 ... 0,8.

Мощность резания при фрезеровании определяется по формуле

где Мкр - крутящий момент на шпинделе, Нм, n - число оборотов фрезы,

мин-1.

Крутящий момент на шпинделе станка определится по формуле:

где Рz - главная составляющая (касательная) силы резания, Н; D -

диаметр фрезы, мм.

Главная составляющая силы резания Pz при фрезеровании определяется по

формуле

где Cp - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие

условия;

Kp - общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение

коэффициентов, отражающих состояние отдельных параметров, влияющих на

величину силы резания,

Kр = K(р ( Kvр ( K(р ( K(v,

- K(р - коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой

заготовки (табл.17);

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

- K(р - коэффициент, учитывающий величину переднего угла ( (табл.19) ;

- K(р - коэффициент, учитывающий величину угла в плане ( (табл.19).

Значения коэффициента Ср и показателей степеней x , y, u, q, w

приведены в табл.16.

Величина радиальной составляющей силы резания Рy может быть определена

по соотношению Рy ? 0,4 Рz.

Если условие Nр ( Nшп не выдерживается, то необходимо уменьшить

скорость резания или изменить другие параметры резания.

При фрезеровании имеет большое значение представление силы резания по

вертикальной Pв и горизонтальной Рг составляющим. Горизонтальная

составляющая силы резания Рг представляет собой силу, которую необходимо

приложить для обеспечения движения подачи, она должна быть меньше (или

равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка:

Рг ( Рдоп, Н.

где Рдоп - 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 - Рг = (0,3...0,4) ( Рz;

- при несимметричном встречном - Рг = (0,6...0,8) ( Рz;

- при несимметричном попутном - Рг = (0,2...0,3) ( Рz ;

Если условие Рг ( Рдоп не выдерживается, необходимо уменьшить силу

резания Рz за счет уменьшения подачи на зуб Sz и, соответственно, скорости

движения подачи vS (минутной подачи Sм).

2.6. Расчёт времени выполнения операции и использования оборудования

Штучное время Тшт - время, затрачиваемое на выполнение операции,

определяется как интервал времени, равный отношению цикла технологической

операции к числу одновременно изготовляемых изделий и рассчитывается как

сумма составляющих

Тшт = То + Твсп + Тобс + Тотд, (мин)

где То - основное время, это часть штучного времени, затрачиваемая на

изменение и последующее определение состояние предмета труда, т.е. время

непосредственного воздействия инструмента на заготовку;

Твсп - вспомогательное время, это часть штучного времени,

затрачиваемая на выполнение приёмов, необходимых для обеспечения

непосредственного воздействия на заготовку.

Тобс - 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.);

Тотд - 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:

Tоп = То + Твсп .

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 :

Тобс = (3...8 % ) ( Tоп; Тотд = (4...9 % ) ( Tоп; Тобс + Тотд ?

10% Tоп.

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 Тшк, 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 Тпз. 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 Тпз 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 Тшт - штучное время, мин; П - программа выполнения деталей в

смену, шт.;

Тсм - время работы станка в смену, ч. В расчётах принимается время

работы станка в смену Тсм = 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 Ко определяет его долю в общем времени,

затрачиваемом на выполнение операции

где Kо - коэффициент основного времени /9/.

Чем выше Kо, 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 Kо для разных станков находится в

следующих пределах

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

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

- остальные - Kо =

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 КN определяется как

де KN - коэффициент использования станка по мощности /9/; NР -

мощность резания, кВт (в расчёте принимают ту часть технологической

операции, которая происходит с наибольшими затратами мощности резания); Nст

- мощность главного привода станка, кВт; ( - КПД станка.

Страницы: 1, 2