Как определить скорость резания на токарном станке

Режимы резки при работе на токарном станке

На протяжении многих лет токарная обработка металлических и иных деталей остается одной из основных операций в металлургическом производстве. Со временем меняются технологии, на заводах внедряются современные станки с ЧПУ, однако суть остается неизменной – только грамотно выбранные параметры резания на агрегатах позволяют достичь нужного результата.

Виды и режимы работы токарных станков

Токарная работа на станках остается наиболее востребованным способом получения большинства изделий. Применение в этих целях более современных методов оправдано далеко не всегда ввиду их высокой стоимости.

Для получения различных деталей применяются те или иные токарные станки:

• с ЧПУ (числовым программным управлением), благодаря которым удается достичь наивысшего качества и высокой скорости обработки поверхностей заготовок. Точение на данных агрегатах осуществляется с точностью до микронных долей, что обеспечивается за счет тонкой компьютерной настройки необходимых параметров;
• лоботокарные, позволяющие вытачивать конические и цилиндрические детали нестандартных размеров;
• револьверно-токарные, служащие для точения элементов из калиброванных прутков;
• карусельно-токарные, используемые для создания заготовок больших диаметров;
• токарно-винторезные, которые служат по большей части для обработки деталей цилиндрической формы.

В зависимости от материала подбирается тот или иной режим резки при токарной обработке, включающий в себя совокупность таких важных параметров, как:

• вес изделия;
• глубина воздействия;
• допустимая скорость.

Все эти величины определяются специалистами с использованием нормативных документов и специализированных справочников. Прежде всего, следует внимательно изучить рекомендуемые в таблицах значения, чтобы выбрать оптимальные.

Режимы резания как при расточке внутренних диаметров, так и при обработке наружных поверхностей заготовок, должны назначаться с обязательным учетом возможностей агрегата и режущего инструмента. От правильности их выбора непосредственно зависит качество и скорость изготовления деталей.

При подборе характеристик операции резания важно определиться с выбором резака. Подбор осуществляется в зависимости от типа и материала исходной заготовки. Подачу резца назначают, исходя из необходимой скорости вращения шпинделя. Чем выше обороты, тем меньше должна быть ее величина. В противном случае металлическая деталь может перегреться и расплавиться.

Скорость резания при чистовой и черновой обработке различна. В последнем случае она несколько ниже, а подача, соответственно, выше. Чистовые проходы при резании осуществляются в режимах, обеспечивающих максимальную степень точности. Наиболее качественно эту операцию позволяют выполнить станки, оснащенные ЧПУ, имеющие бесчисленное множество эксплуатационных преимуществ.

Каждый раз затрачивать много времени на тщательное изучение немалого количества справочных таблиц, особенно в производственных условиях, когда необходимо успеть вовремя выполнить заказ, нецелесообразно. Какой бы токарный станок ни использовался при работе, все параметры резания взаимозависимы. При смене величины одного все остальные характеристики режимов резания, включая подачу и скорость, обязательно станут другими.

В связи с этим любая обработка осуществляется по специально разрабатываемым аналитическим и расчетным методикам. Все прописанные в нормативах параметры вычисляются посредством различных эмпирических формул. Точность обеспечивается благодаря известным характеристикам:

• величины подачи;
• частоты вращения шпинделя;
• мощности агрегата.

В отдельных случаях необходимо также учитывать ряд других величин, оказывающих влияние на обработку поверхностей изделий.

Современные предприятия для проведения данных вычислений применяют специальные программы. Работнику достаточно только ввести вручную известные характеристики, и на экране компьютера сразу отобразятся все искомые параметры. Использование программного обеспечения значительно экономит время и упрощает работу, как и оснащение производств станками с ЧПУ.

Скорость резания и ее расчет

Одним из наиболее важных показателей является скорость. Ее величина непосредственно зависит от выполняемых работ. На максимальных оборотах осуществляется обрезка торцов заготовок. Точение или сверление имеют другие требования к этому параметру.

Чтобы выбрать оптимальное значение скорости и сделать качественную обработку детали, следует учитывать:

• тип токарного инструмента;
• вид операции;
• материал заготовки.

Скорость резания для традиционных методов воздействия на детали можно определить, руководствуясь соответствующими таблицами из справочников. Но в условиях производства далеко не всегда целесообразно прибегать к такому варианту. Гораздо быстрее величину этого параметра вычислить по несложной формуле:

V – искомая скорость, м/мин;

D – максимальная величина диаметра используемой заготовки, мм;

n – количество оборотов детали за одну минуту, соответствующее частоте вращения шпинделя станка;

π – константа, равная 3,141526.

Отсюда видно, что скорость обработки прямо пропорциональна диаметру исходной заготовки. А чем он меньше, тем больше должна быть частота вращения.

При выборе и назначении того или иного режима работы токарного станка следует обязательно учитывать твердость резцов и материала детали. Например, при обработке твердосплавными резцами рекомендованное значение должно находиться в диапазоне 100–200 м/мин.

При известной величине из вышеуказанной формулы легко можно вычислить необходимую частоту резания.

Глубина обработки подбирается с учетом мощности привода и материала режущего инструмента. При появлении в процессе работы паразитных вибраций следует снизить скорость подачи резака.

Скорость резания на токарном станке, ее автоматизированное определение и коррекция

Скорость резания на токарном станке — это скорость в направлении главного движения резания рассматриваемой точки заготовки или режущей кромки. Скорость резания возможно рассчитать по эмпирическим формулам, которые существуют для каждого вида обработки. Величина скорости резания находится из условия сохранения периода стойкости режущего инструмента. В статье представлен алгоритм для программы ЭВМ по определению допустимой скорости резания при заданных глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании на основе методики для определения допустимой свойствами режущего инструмента скорости резания. Алгоритм позволяет производить для партии обрабатываемых деталей, изготовленных из конструкционных хромоникельмолибденовых сталей, автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания при смене изношенного твердосплавного режущего инструмента новым с сохранением первоначально назначенной размерной стойкости режущего инструмента. В алгоритм заложены такие условия резания, при которых обработка ведется вне зоны наростообразования на скоростях выше 60 м/мин, тогда для получистовых и черновых режимов резания шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых деталей после смены режущего инструмента остается в пределах заданного квалитета.

Как правило, на производстве при лезвийной обработки твердосплавным режущим инструментом со сменными многогранными пластинами деталей на станках с ЧПУ остается до конца не решенной алгоритмическая задача интенсификации режимов резания. Для решения этой задачи в статье предлагается актуальный алгоритм определения и коррекции допустимой скорости резания на токарном станке на основе модели. Алгоритм позволяет на начало обработки интенсифицировать выбираемый режим резания, чтобы обеспечить при заданных нормах износа задней грани инструмента большее количество обработанных деталей. В процессе обработки алгоритм позволяет при смене изношенного режущего инструмента новым производить автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания, с сохранением первоначально назначенной стойкости режущего инструмента, причем шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых деталей после смены инструмента остается в пределах первоначально заданных параметров.

Описание блок-схемы алгоритма определения допустимой скорости резания при заданных глубине резания и подаче на автоматизированном станочном оборудовании:

1. На рис. 1 представлена первая часть алгоритма, при выполнении которой происходит:

• ввод исходных данных оператором: глубина резания t; подача S, предел прочности σв и предел текучести σt обрабатываемого материала; диаметр d детали и длина L обрабатываемой поверхности детали; геометрия инструмента; величина размерного износа h инструмента; количество деталей Nd в обрабатываемой партии (блок 1);
• расчет основных параметров резания: сил резания и периода размерной стойкости инструмента в модели (блоки 2-16).

Для первой контактирующей пары (i) «сталь – твердый сплав» производится по способу А.Л. Плотникова кратковременная (4-5 с.) обработка на фиксированном режиме пробного прохода (Vф = 100 м/мин, Sф = 0.1 мм/об, tф = 1 мм), при этом измеряется величина термоЭДС Эпр(i), мВ. Производиться автоматический расчет сил резания, величины κ (каппа) и периода размерной стойкости инструмента в модели с учетом измеренной величины термоЭДС для контактирующей пары (i) при заданных глубине резания t, подаче S, линейном износе на задней грани инструмента hizn=h/tgα, где скорость резания V является изменяемой величиной. Определяется скорость резания на токарном станке V для контактирующей пары (i), которая соответствует размерной стойкости режущего инструмента, обеспечивающей обработку максимального количества деталей в партии. Определяется частота вращения шпинделя. Определяется основное технологическое время t0, которое равно продолжительности обработки одной заготовки. Определяется ресурс режущего инструмента, выражаемый числом KзТ заготовок, обработанных одним инструментом за назначенный период его стойкости Т. Определяется необходимое количество NРИ режущего инструмента для обработки всей партии деталей. Вывод в диалоговый режим информации (t, S, V, T, t0, NРИ, KзТ) для принятия оператором решения о продолжении обработки с выбранными параметрами. Утверждение оператором рассчитанных параметров. Обработка первой пары «деталь-инструмент» первым инструментом (блок 14) с однократным измерением термоЭДС рабочего прохода для этой пары и сохранением информации в памяти системы при обработке первой контактирующей пары (i) первым инструментом (j) на выбранных режимах резания (t, S, V).

Рис. 1. Блок-схема алгоритма определения и коррекции скорости резания при заданных подаче и глубине резания на станках с ЧПУ. Часть I

2. На рис. 2 представлена вторая часть. С 17 по 30 блоки (кроме блоков 25-29) реализуется часть алгоритма, отвечающая за проверку на работоспособность и смену инструмента при износе предыдущего. С 31 по 39 блоки реализуется часть алгоритма, отвечающая за автоматическую корректировку скорости резания на токарном станке и подачи при смене режущего инструмента новым, при этом определяется значение термоЭДС Эраб(in) рабочего прохода для контактирующей пары (in) после смены инструмента по методу коррекции (блоки 31-32) и производиться автоматический пересчет сил резания (блок 33) и корректировка скорости резания, частоты вращения и подачи (блоки 34-38) с учетом рассчитанной величины термоЭДС Эраб(in) контактирующей пары (in) для периода размерной стойкости инструмента утвержденного оператором. В блоках 34-38, так же производится автоматическое сравнение алгоритмом рассчитанных сил с допустимыми силами для привода главного движения, привода подач и жесткости системы после автоматического пересчета модели, при отрицательном сравнении по п. 35 производится обработка детали (in) инструментом (jn) на режимах резания (t, S, V), которые были выбраны для первой контактирующей пары (i). При положительном сравнении продолжение обработки детали (in) следующим инструментом (jn) на скорректированных режимах резания (t, S(in), V(in)) (блок 39, рис. 2).

Рис. 2. Блок-схема алгоритма определения и коррекции скорости резания при заданных подаче и глубине резания на станках с ЧПУ. Часть II

Скорость резания и подача влияют на шероховатость обрабатываемой поверхности. Поэтому при коррекции скорости, особенно в сторону ее уменьшения, и подачи резания в сторону ее увеличения возможно негативное влияние на качество продукции.

Рис. 3. Блок-схема алгоритма определения остаточного ресурса инструмента. Часть III

Высота микронеровностей достигает наибольшего значения при скорости 20-25 м/мин и подаче резания равной и больше радиуса скругления вершины инструмента. При дальнейшем увеличении скорости резания, при прочих равных условиях, шероховатость поверхности постепенно уменьшается (рис. 4). Зона повышенной шероховатости связана с образованием нароста на режущей кромке инструмента, а также с возникающими при этом вибрациями технологической системы.

С увеличением скорости резания на токарном станке наростообразование прекращается и шероховатость уменьшается. На шероховатость поверхности влияют захват и отрыв слоев, расположенных под режущей кромкой инструмента (при обработке стальных заготовок). При скоростях резания выше 50-60 м/мин стружка отделяется от режущего инструмента плавно без вырывания частиц металла.

При использовании алгоритма предполагается, что обработка ведется вне зоны наростообразования. Таким образом, на получистовых и черновых режимах резания за пределами зоны наростообразования при скорости резания выше 60 м/мин, изменение скорости резания и подачи несущественно влияют на шероховатость поверхности и не могут вывести ее за пределы установленного квалитета.

Рис. 4. Влияние скорости резания на шероховатость обрабатываемой поверхности

Использование данного алгоритма позволяет рассчитывать полностью в автоматическом режиме допустимую скорость резания на токарном станке при заданных параметрах (глубина резания и подача) для партии обрабатываемых деталей, изготовленных из конструкционных хромоникельмолибденовых сталей и не только данных сталей, но и других сталей, причем при смене изношенного твердосплавного режущего инструмента новым алгоритм позволяет производить автоматизированную коррекцию скорости и подачи резания, с сохранением первоначально назначенной размерной стойкости режущего инструмента, при этом шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых деталей после смены режущего инструмента остается в пределах заданного квалитета.

Как рассчитать режимы резания при токарной обработке: примеры расчетов, таблица

Значительная часть промышленности – изготовление деталей при помощи металлорежущих агрегатов. За несколько десятилетий технологии сильно видоизменились, но суть остается прежней: снимаются лишние слои до получения элемента с заданными параметрами. Давайте вместе рассмотрим, как рассчитать режимы оптимального резания при грамотной токарной обработке на станке по таблицам.

Ключевые моменты процесса

Для работы подойдут следующие материалы: металлы, пластики, дерево, минералы. Конечно, для каждого конкретного случая требуется особый инструмент и технологические приемы. Если труд с относительно мягкими из них (пластмасса, алюминий, бронза) обычно не вызывает сложностей, то высоколегированные стали требуют строгого контроля качества заточки. В противном случае происходит быстрый износ режущей кромки. Для увеличения эффективности обязательно использовать эмульсию, обеспечивающую снижение трения и охлаждение рабочей зоны.

Кратко опишем процесс:

Деталь закрепляется в патроне или на двух центрах;

В зависимости от необходимых манипуляций выбираются параметры режима резания при токарной обработке;

Предмет устанавливается в правильное положение и проверяется надежность всех фиксаций;

Находим первую точку касания;

Начинаем снимать металл или другой материал;

Контролируем габариты штангенциркулем и микро́метром;

Следует четко понимать, что приемы достаточно разнообразны, и невозможно коротко описать все нюансы. Заготовка может быть величиной от доли миллиметра до нескольких десятков метров. Характеристики изделия кардинально отличаются по твердости и вязкости. Уровень первичной отделки болванки может быть самым разным и иметь внешний слой с другими качествами. Часто нужно сделать сферическую поверхность на маленьком участке. Это накладывает определенные ограничения, так как часть приспособлений не рассчитана на циклические нагрузки.

Какие бывают станки

В зависимости от технологических потребностей применяют разное оборудование. Принято деление на следующие подвиды:

Токарно-винторезный. Это наиболее распространенный агрегат, позволяющий выполнять внушительный спектр работ. Пожалуй, любимым у токарей является К 62 в различных модификациях. Вся группа включает в себя универсальные устройства, отличающиеся степенью автоматизации и габаритами обрабатываемой детали. Большемерные заготовки точатся на ДИП 500. Для обучения специалистов используют модели ТВ-4 или ТВ-16.

Карусельный аппарат предназначен для придания формы изделиям крупного диаметра. Внешне он представляет собой стол с патроном значительных размеров, вращающийся в горизонтальной плоскости. Инструмент для рассечения подается сверху и может быть не один. Названием он обязан схожести с детскими аттракционами.

Лобовой. Можно сказать, что это такой же станок, только положенный набок. Это продиктовано технологической целесообразностью при некоторых производствах. Конструкции этой группы не имеют задней бабки и фиксация происходит только благодаря губкам. Основное преимущество – возможность придания изделию конической формы.

Револьверный незаменим при изготовлении изрядного количества одинаковых деталей из нормированного материала. Например, сгонов из металлической трубы. За счет этого резко повышается эффективность, снижается брак и оптимизируются все процессы. Но у него есть главный недостаток – узкая специализация.

Автомат продольного точения позволяет синхронизировать движение в двух плоскостях и создавать элементы сложной конфигурации, например, спирали с большим шагом. Как режущий предмет могут использоваться фрезы и сверла.

Многошпиндельный автомат применяется для вальцевания элементов сразу несколькими насадками за одну установку. Бывают автоматические и полуавтоматические.

ЧПУ. Если оснастить любое устройство для обработки металла системой, координирующей порядок, то мы получим центр с числовым программным управлением. При массовом производстве этот комплекс наиболее эффективен.

Способы и правила определения режимов приемлемого резания при точении: формулы

Для разных материалов и необходимой чистоты существуют свои оптимальные системы, включающие в себя скорость подачи, глубину захода и вид заточки.

Многие универсальные токари определяют эти параметры «на глазок». Тем более, они сильно зависят от технических характеристик самого́ станка. При создании программ для ЧПУ и полуавтоматики применяются конкретные математические варианты расчета. За основу берутся качества заготовки (твердость, вязкость, хрупкость, абразивность, подверженность температурным изменениям). Под это разрабатываются инструменты (как правило, несколько для различных технологических приемов). Затем происходит определение режимов идеального резания при умелой токарной обработке на основе жестких правил. Это дает приблизительные показатели, по которым можно назначить оптимальные значения. Более точные данные получаются эмпирическим путем (в процессе стендовых испытаний).

После этого возможно задать для каждой конкретной цели темп вращения шпинделя, интенсивность движения стержня для рассечения и его заглубление.

Скорость резания

Расчёт скорости резания при точении и растачивании

Скорость главного движения резания (скорость резания) — это скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в направлении главного движения резания.

Скорость резания рассчитывают по эмпирическим формулам, установленным для каждого вида обработки. Величина скорости резания определяется из условия сохранения периода стойкости режущего инструмента.

При продольном и поперечном точении, при растачивании скорость резания, м/мин, рассчитывают по формуле

, (1)

Cv; xv; yv; mv — эмпирические коэффициент и показатели степени, приведённые в табл.14 для «стандартных» условий обработки.

Под «стандартными» условиями понимают:

обработка стали 45, с s _в = 750 МПа, без корки, режущим инструментом из твёрдого сплава Т15К6 и т.д.

— период стойкости режущего инструмента, мин;

— глубина резания, мм;

— подача, мм/об .

Реальные условия обработки зачастую существенно отличаются от « стандартных «. Поэтому, для получения значения скорости резания в реальных условиях, вводится поправочный коэффициент k_v, учитывающий их отличие от «стандартных«.

(2)

— коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала (табл.7- 10);

— коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки (табл.11);

— коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала (табл. 12).

Скорость резания при отрезании, прорезании пазов и фасонном точении определяется по формуле

(3)

Определённая по формулам (1) и (3) скорость резания является расчетной и носит рекомендательный характер.

По расчётной скорости резания определяется требуемая частота вращения шпинделя станка, мин -1

, (4)

— диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

По паспортным данным станка подбирается n_ст , ближайшее к расчётному, меньшее , паспортное значение частоты вращения шпинделя или (при выполнении лабораторных работ) ближайшее меньшее целое число, и определяется фактическая скорость резания, м/мин

(5)

Во всех дальнейших расчётах участвуют значения фактической скорости резания (V_ф) и паспортное значение частоты вращения шпинделя станка(n_ст ) _.