Расчет режимов резания

Режим резания при механической обработке – это комплекс рабочих характеристик, определяющих силу воздействия, подачу, глубину и скорость, с которой резец погружается в обрабатываемую заготовку во время удаления металлического слоя с ее поверхности. Это базовые параметры, определяемые с помощью расчетов, учитывающих геометрию режущей кромки обрабатываемой детали и инструмента, а также скорость их сближения.

Обработка металлических заготовок – сложный технологический процесс, на который влияют различные факторы, связанные со свойствами и характеристиками используемого оборудования, станка и материала детали. Именно по этой причине расчет оптимального технологического режима резания проводится с использованием эмпирических формул. Они содержат совокупность базовых значений, среди которых такие справочные величины, как параметры стойкости, поправочные коэффициенты, условия обработки детали.

Для чего нужен расчет режима резания

От режима резания зависит выбор класса обработки заготовки и заданной точности. Именно базовые параметры влияют на силу, с которой резец инструмента действует на металлический элемент. Уровень потребляемой мощности, выделения тепловой энергии и степень износа оборудования зависят от силы воздействия режущей кромки инструмента на металлическую заготовку. Правильный расчет режима резания – важная задача, выполняемая технологическими службами предприятий.

Для всего многообразия металлорежущих инструментов и оборудования, используемого в сфере механической обработки, действуют одинаковые закономерные принципы. За счет этого все способы расчета режущего режима классифицируются на три основные категории в зависимости от выполняемой задачи – токарная работа, фрезерование и сверление. Остальное разнообразие вычислений считается производным.

Как рассчитать режим резания: основные критерии

Основное внимание при вычислении подходящего режима резания в механической обработке уделяется трем основным параметрам – V (скорость резания), S (подача) и t (глубина резания).

Практические значения данных критериев, предназначенных для использования в производственной сфере, необходимы для определения их расчетных величин. Далее используют эмпирические формулы, справочные таблицы и паспортные сведения станка для выбора технологического режущего режима, подходящего к обрабатываемому материалу, характеристикам и свойствам оборудования.

Правильное вычисление и подбор таких критериев влияет не только на качество обрабатывающего процесса, но и на уровень производительности, себестоимости и эксплуатационных расходов готовой продукции. В зависимости от силы воздействия на оборудование оно может изнашиваться с различной скоростью.

Работа на чрезмерно повышенной скорости и подаче приводит к недопустимой вибрации и слишком высокой нагрузке на все узлы и элементы агрегата. Это может стать причиной утраты точности и поломки оборудования. Обычно для проверки и корректировки выбранного режима резания проводят пробную обработку заготовки. Именно по этой причине важна не только правильность вычислений, но также достаточный опыт и знания технологического персонала и станочников.

Параметры скорости

Продолжительность временного цикла обработки элементов основывается на 3 основных компонентах – подготовительно-заключительном, вспомогательном и основном времени, то есть всех операциях по резке металлической детали в заданном режиме. Основное время считается наиболее затратным периодом в обрабатывающем процессе. На его величину и себестоимость влияет непосредственная скорость резки.

Важность правильного выбора этого критерия строится не только на технологических, но и на экономических аспектах. Для расчета скорости используется следующая формула:

Таким способом определяют теоретическую величину скорости резки, являющейся базовой для дальнейших расчетов. Именно с ее помощью вычисляется t – теоретическая глубина режущего процесса.

Так как на реальный показатель скорости влияет большое количество нюансов, для ее расчета используется эмпирическая формула, в которой имеется единая расчетная величина – t:

Параметры подачи

S или подачей называется путь, проходящий резцом в течение определенной единицы времени. Размерность подачи может существенно отличаться в зависимости от типа проводимой механической обработки. Для измерения пройденного расстояния всегда используются мм, но при этом оно может иметь соотношение как с оборотами при токарной работе, так и с минутами в случае сверления или фрезерования.

Соответственно, во время сверления она представляет собой величину передвижения наконечника сверла в глубину заготовки на протяжении одной минуты, в процессе токарной работы – продольный или поперечный тип перемещения режущей кромки в течение одного оборота элемента.

Учитывая специфические особенности некоторых чистовых работ, часто применяют «подачу на зуб» – параметр, используемый при операциях с агрегатом, оснащенным несколькими лезвиями. Он является обозначением пути зуба конкретного лезвия, пройденный в течение одного оборота, совершенного шпинделем.

Для вычисления этой величины подача инструмента в течение одного оборота разделяется на численность рабочих лезвий. Так как подача в первую очередь обусловлена паспортными параметрами определенного агрегата, ее величину не вычитают самостоятельно, а используют данные из технологических таблиц и справочников.

Величина подачи обусловлена производительностью металлорежущего агрегата. Это базовый критерий, используемый для того, чтобы вычислить основное время, необходимое для обработки.

Согласно теории, механическая обработка требует использования максимально возможных показателей подачи. Но в такой ситуации важно учитывать наличие ограничений возможностей и функций станочного агрегата и стандартов класса чистоты.

Для обдирки и черновой обработки традиционно пользуются максимальными значениями подачи, для проведения чистовой операции – минимальными показателями.

Параметры глубины

Глубина резки представляет собой толщину металлического слоя, который снимается в течение единичного рабочего хода резца. Этот показатель обусловлен конструктивными особенностями резца инструмента и параметров его прочности, к которым относится тангенциальная сила, мощность агрегата, твердость обрабатываемой металлической заготовки и чистота поверхности. Эта величина определяет вычисление количества рабочих ходов режущей кромки для удаления припуска.

Для определения глубины резки используется латинская буква t, а также миллиметры для измерения. В процессе обточки она соответствует разнице между радиусами заготовки до начала и после окончания рабочего хода, а во время сверления – ½ окружности резца агрегата.

Параметры силы

При обработке металлической заготовки режущим оборудованием возникает две силы. Первая обозначается буквой R и соответствует воздействию агрегата на поверхность заготовки, вторая формируется встречным сопротивлением обрабатываемой детали. Этот показатель – векторная сумма осевой, радиальной и тангенциальной силы в процессе технологического вычисления параметров исходя не из силы R, а из ее составляющих.

При этом наибольшую значимость и величину присваивают тангенциальной силе Rz. Она называется силой резки, так как влияет на параметры мощности и крутящего момента шпинделя. Для вычета силы резки используют эмпирические формулы, информацию для которых получают из технологического справочника.

Измерение силы резки в формате настоящего времени проводится с использованием индуктивных, емкостных и тензометрических датчиков, которые отличаются наибольшей точностью и компактностью.

При работе на станках с числовым программным управлением показатель силы резки уменьшается или увеличивается. Для этой цели используется автоматическая корректировка количества оборотов и параметров подачи. За счет этого стала возможной непрерывная и бесперебойная обработка без задействования помощи станочника, предотвращение поломки оборудования и уменьшения износа его узлов и элементов.

Правила и особенности вычисления режима резки во время сверления

Процесс сверления сопровождается воздействием на сверло таких же сил, как и при токарных операциях. Именно по этой причине вычисление оптимального режима резки для работы сверла проводится аналогичным образом, но с учетом особенностей геометрии и специфическими обозначениями параметров.

Сила Рz действует в противоход основного движения и обладает прямой зависимостью от скорости резки. Рх, Рn и Рл – силы, влияющие на особенности конструкции сверл. Именно от них зависят обозначения осевой силы, которая соответствует силе привода режущего оборудования.

Среди основных технологических характеристик сверла – показатели осевой силы и крутящего момента. Они высчитываются на основании расчетов с использованием эмпирической формулы:

1. Ср и См – константа, показатель которой обусловлен типов сверления, качествами обрабатываемого материала и непосредственно самой заготовки.
2. D – обозначает окружность сверла, S – показатели подачи. Кр используется в качестве корректирующего коэффициента, связанного исключительно со свойствами и специфическими особенностями материала заготовки.

В отличие от токарных работ, условия резки во время сверления отличаются сложностью, связанной со значительными затруднениями выхода тепла и стружки. При использовании смазочно-охлаждающей жидкости получают более слабый результат, связанный с трудностями при подводе жидкости к области резки. Кроме того, для выбора режима по технологической таблице невозможно учесть абсолютно все тонкости и аспекты, влияющие на сверление.

Тестирование и корректировка технологического режима обычно проводятся с помощью обработки пробного элемента. Для правильного вычитания режима резки во время сверления используются специальные формулы и технологические таблицы.