Расчёт наивыгоднейшего режима резания

Курсовая работа

" Расчёт наивыгоднейшего режима резания"

Задание Паспортные данные станка 16К20

Геометрия резца Полный расчет Расчет по таблицам Построение номограмм Список использованной литературы

Задание

Произвести расчет наивыгоднейшего режима резания.

1. Материал детали: серый чугун

2. Диаметр детали: 66 мм

3. Длина детали: 340 мм

4. Закрепление детали: в центрах

5. Материал резца: Т5К10

6. Сечение резца (НхВ): 16×25 мм2

7. Охлаждение: без охлаждения

8. Глубина резания: 1 мм

9. Чистота поверхности: Rz=20 мкм

10. Станок модели 16К20 .

Паспортные данные станка 16К20

Высота центров — 200 мм.

Расстояние между центрами — до 1400 мм.

Высота от опорной поверхности резца до линии центров — 25 мм.

Мощность электродвигателя — Nст=10 кВт.

КПД станка=0,78.

Мощность на шпинделе по приводу с учетом КПД — Nшп=7,8 кВт.

Продольные и поперечные подачи подачи: мм/об: 0,082; 0,088; 0,10; 0,11; 0,12; 0,13;0,14; 0,15; 0,16; 0,18; 0,20;0,23; 0,24; 0,25; 0,28; 0,30; 0,33; 0,35; 0,40; 0,45; 0,48; 0,50;0,55; 0,60; 0,65; 0,71; 0,80; 0,91; 0,96; 1,0; 1,11; 1,21; 1,28; 1,46; 1,59.

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи — 360 кг, мехаизмом поперечной подачи — 550 кг.

Число оборотов шпинделя в минуту, max крутящий момент по мощности электродвигателя станка (Мкр), а также мощность на шпинделе приведены в таблице.

Геометрия резца

Выбираем геометрические параметры резца следующие:

Форма передней поверхности — плоская с фаской;

?=-10?; ?=8?; ?=45?; ?1=10?; ?=-5?; f=0.1 мм; r=1 мм.

Полный расчет

Глубина резания Так как припуск невелик, срезаем его за один проход. Принимаем t=1 мм, что обеспечивает чистоту обработки Rz=20 мкм.

Подача

I. Подача допускаемая прочностью державки резца — Sпр.

Рис Из условий прочности державки резца, изгибаемого силой Pz, определяем подачу:

В=16 мм; Н=25 мм; ?u=200 кг/мм (для незакаленной державки); t=1мм;

l — принимаем = 1.5 Н; l=38 мм.

По справочной таблице находим значения коэффициента Сpz и показателей степеней xpz и ypz:

Сpz=95; xpz=1; ypz=0.75.

Поправочные коэффициенты находим по таблице № 4 мотодического пособия:

Кpz= Kм· K? · K? · Kv · Kh · Kr

Kм=(180/190)0,4=0,979

K?=1 при ?=45?; K?=1.1 при ?=10?15?;

Kv=1

Kh=1; Kr=0.95 — при r=1 мм.

Кpz=0,979· 1·1,1·1·1·0.95=1,02

Sпр=(16· 252·200/60·95·1·1.02·38)1/0.75=775 мм/об.

II. Подача, допускаемая жесткостью резцаSжр.

Из условия предельно допустимого прогиба f, вызываемого силой Рz определяем подачу Sжр:

Рис

f=0,1 мм Е=20 000 кг/мм2 (для чугуна);

l=20· 1,5=30 мм;

В=16 мм; Н=25 мм; Сpz=95; Кpz=1,02.

Sжр=(0.1· 20 000·16·253/4·95·1·1,02·383)1/0.75=18.04 мм/об.

III. Подача, допускаемая прочностью твердосплавной пластинки — Sпп.

Пластинка выдерживает максимальную нагрузку, которая может быть определена по следующей эмпирической формуле:

Рz=34· t0.77·C1.35·(sin60?/ sin?)0.8 кг.

Из этих условий определяем подачу:

Sпп=[ 34· t0.77·C1.35·(sin60?/ sin?)0.8/ Сpz· ·txpz· Кpz]1/0.75

С — толщина пластинки в мм, принимаем С=4 мм; ?=45? ;

t=1мм; Сpz=95; Кpz=1,02; xpz=1; ypz=0.75.

Рz=34· 10.77·41.35·(sin60?/ sin45)0.8, кг.

Sпп=3,93 мм/об

IV. Подача, допускаемая прочностью механизма подач станка — Sмп.

Sмп=(Рмп/К· Сpz · txpz · Кpz)1/ypz мм/об.

Рмп=360 кг (по паспорту станка), К — принимаем 0.4;

Сpz=95; t=1 мм; xpz=1; ypz=0.75; Кpz=1,02.

Sмп=(360/0.4· 95·1·1,02)1/0.75=20,6 мм/об.

Рис

V. Подача, допускаемая стабильностью (жесткостью изделия) — Sжд.

Под действием силы резания заготовка изгибается в результате чего понижается точность формы. В зависимости от величины прогиба, вызываемого силой, находим подачу:

Sжд.=(fд· ?·Е·I/1.1· Сpz · txpz · Кpz · L3)1/ypz мм/об.

L — длина детали, L=140 мм; Е=20 000 кг/мм2 (для чугуна);

I=0.05D4, I=0.05· 664=948 737 мм4, ?=100 для детали, закрепленной в центрах.

fд=0.1 мм — для предварительного точения;

Сpz=95; xpz=1; Кpz=1,02

Sжд.=(0,1· 100·20 000·948737/1.1·95·1·1,02·3403)1/0.75=3674 мм/об.

VI. Подача, допускаемая чистотой обработки — Sчо.

При продольном точении подача в зависимости от требуемой чистоты обработки поверхности может быть определена по формуле:

Sчо.=Сu· Rzy max· ru/tx·?z·?1z об/мин.

Сu=0.045, Rz =20мк, r =1 мм, t=1 мм, ?=45?, ?1=10?,

y=1,25, u=0.75, x=0.25, z=0.5.

Sчо.=0.045· 201.25·1/10.25 450.5·100.5=0,1 мм/об.

Приведенная формула не учитывает влияние скорости резания на шероховатость поверхности, поэтому подачи, рассчитанные по ней, получаются обычно заниженными. Этот расчет можно считать весьма приблизительным. Поэтому для выбора подачи в зависимости от чистоты обработки воспользуемся специальными таблицами, составленными на основании обобщения результатов практики.

Выбираем подачу в зависимости от требуемой чистоты поверхности по таблице № 2.

Для требуемой чистоты поверхности Rz=20 мкм:

S=0,7 мм/об.

Учитывая поправочный коэффициент на обрабатываемый материал — Кms=1, и на радиус при вершине Кrs=(r/1.5)0.7.

Кrs=(1/1.5)0.7=0.75.

получим:

Sчо=0,7· Кms · Кrs =1· 0.7·0.75=0,5625 мм/об.

VII. Подача, допускаемая мощностью станка — Sмс.

Мощность, затрачиваемая на резание должна быть равна или меньше мощности на шпинделе станка.

Из этих условий определяем максимально возможную подачу на каждой ступени чисел оборотов станка.

Sмс=(2Мшп/ Сpz · txpz · Кpz · D)1/ ypz.

ypz=0.75; Сpz=95; t=1 мм; xpz=1; Кpz=1,02.

Si=(2· Мшп /95· 1·1,02·66)1/0.75.

S1−7=(2· 130 000/6395,4)1/0.75 =16.3 мм/об,

S 8 =(2· 109 000/6395,4)1/0.75=12.5 мм/об,

S 9 =(2· 85 500/6395,4)1/0.75=8.75 мм/об,

S10 =(2· 67 000/6395,4)1/0.75= 6.35 мм/об,

S11= (2· 53 000/6395,4)1/0.75= 4.76 мм/об,

S12= (2· 40 500/6395,4)1/0.75= 3.53 мм/об,

S13= (2· 38 000/6395,4)1/0.75= 2,69 мм/об,

S14= (2· 30 000/6395,4)1/0.75= 1.96 мм/об,

S15= (2· 24 000/6395,4)1/0.75= 0,91 мм/об,

S16= (2· 18 000/6395,4)1/0.75= 1 мм/об,

S17= (2· 14 600/6395,4)1/0.75= 0.76 мм/об,

S18= (2· 11 400/6395,4)1/0.75= 0.51 мм/об,

S19= (2· 9000/6395,4)1/0.75= 1.21 мм/об,

S20= (2· 7000/6395,4)1/0.75= 0.88 мм/об,

S21= (2· 5550/6395,4)1/0.75= 0.54 мм/об,

S22= (2· 4180/6395,4)1/0.75= 0.37 мм/об,

VIII. Подача, допускаемая стойкостью резца — Sср.

Значения коэффициента Сv и показателей степени xv и yv, а также величину найвыгоднейшей стойкости Т берем по справочной таблице № 5.

Сv=227; xv=0.15; yv=0.35; m=0.2; Т=60 мин.

Поправочные коэффициенты:

Км=(75/90)1.25=0.83; Ксм=0.95 (нормализация);

Кк=1; Кми=1

К?=1 (?=45?); К?1=1 (?1=10?); Кr=0.86 (r=1 мм); Кf=1 (форма передней поверхности — плоская отрицательная).

Кv= Км· Ксм· Кк · Кми · К? · К?1· Кr · Кf = 0,83· 0,95·0.86·1 · 1·1·1·1=0,678

Sср=(1000· Сv · Кv/ Тm· txv·?·D·n)1/yv мм/об

Sср=(1000· 227·0.678/600.2·1.50.15·3.14·90· n)1/0.2 =(227/n)2.86

S 1=(571,6/11.5)2.86=5065,6 мм/об

S 2=(571/14,5)2.86= 2610.4 мм/об

S 3=(571/19)2.86=1205 мм/об

S 4=(571/24)2.86= 617.7 мм/об

S 5=(571/30)2.86= 326.3 мм/об

S 6=(571/37,5)2.86= 172,3 мм/об

S 7=(571/46)2.86= 96.1 мм/об

S 8=(571/58)2.86= 49.5 мм/об

S 9=(571/76)2.86= 22.8 мм/об

S10=(571/96)2.86= 11.7 мм/об

S11=(571/120)2.86= 6.19 мм/об

S12=(571/150)2.86= 3.27 мм/об

S13=(571/184)2.86= 1.82 мм/об

S14=(571/230)2.86= 0.96 мм/об

S15=(571/305)2.86= 0,42 мм/об

S16=(571/380)2.86= 0,22 мм/об

S17=(571/480)2.86= 0,11 мм/об

S18=(571/600)2.86= 0,06мм/об

S19=(571/370)2.86= 0,24 мм/об

S20=(571/460)2.86= 0,13 мм/об

S21=(571/610)2.86= 0,059 мм/об

S22=(571/770)2.86= 0,03 мм/об Результаты расчета сводим в таблицу.

В качестве технологической подачи (т.е. максимально допустимой из условий обработки) на каждой ступени чисел оборотов берем наименьшую из расчетных и корректируем ее по станку. Анализ таблицы показал, что наивыгоднейшей ступенью является 12 (n=150 об/мин). На этой ступени получается наибольшая производительность.

По числу оборотов рассчитываем скорость резания:

V=?· D·n/1000=3.14·160·150/1000=75,36 м/мин.

Наивыгоднейшие режимы резания:

t=1 мм, n=150 об/мин,

S=0,35 мм/об, V=75,36 м/мин.

Таблица

Расчет по таблицам

1. Глубина резания Глубину резания выбираем точно так же, как при расчете по полному методу.

Принимаем t=1мм.

2. Подача.

Подачу выбираем в зависимости от заданной чистоты поверхностей. Для чистоты обработки Rz=40. Принимаем S=0.7 мм/об.

Учитывая поправочные коэффициенты на обрабатываемый материал (Кмs=1) и на радиус при вершине Кrs=(r/1.5)0.7=(1/1.5)0.7=0.75, получим:

S=0,7· 1·0,75=0,561 мм/об Корректируем по станку: S=0,56 мм/об.

3. Скорость резания выбираем по карте 10 в зависимости от глубины резания, подачи и от прочности обрабатываемого материала.

Так как принятых значений подачи в карте нет, то пользуемся ближайшими имеющимися т. е. выбираем скорость резания для t=1 мм и S=0,56 мм/об.

В графе «Наружное продольное точение без корки» для чугуна с углом в плане ?=45? находим значения скорости резания

V=150 м/мин.Величину скорости резания уточняем, пользуясь поправочными коэффициентами как при расчете по полному методу:

Км=0,83, Ксм=0,95, Кк=1, Кми=1, К?=1, К?1=1, Кr=0.86, Кf =1, Кh=1.

Кроме того, необходимо ввести поправочные коэффициенты на подачу

(на глубину резания Кt будет равен 1).

Кt=(tтабл./ t) Xv=(1,4/1)0.15=0,99

Кs=(Sтабл./ S) Yv=(0,38/0,39)0.35=0,99

Кt=1,092, Кs=1,037.

Имея данные, находим общий поправочный коэффициент Кv.

Кv= Км· Ксм· Кк · Кми · К? · К?1· Кr · Кf · Кh · Кt· Кs.

Кv=0,83· 0.95·1·1·1·1·0.86·1·1·0,99·0,99=0.66

Определяем скорость резания:

V= Vтабл.· Kv=150· 0,66=99 м/мин.

По скорости рассчитываем число оборотов:

n=1000 V/?· D=1000*99/3.14·66=477 об/мин корректируем по станку и принимаем 400 об/мин.

откуда:

V=?· D·n·/1000=3.14·66·400/1000=83 м/мин Выбранный режим резания (t=1 мм, S=0,56 мм/об, n =400 об/мин, V=83 м/мин) проверяем по мощности станка.

Для этого воспользуемся картой 10. Так как в карте нет точного значения, принятой нами S, воспользуемся ближайшим большим.

При t=1 мм, S=0.56 мм/об и V=83 м/мин мощность резания составляет 2.4 квт, что меньше мощности станка на шпинделе (Nшп=Nст· ?ст=10·0.78=7.8 кВт).

Более точно проверку производим, рассчитав мощность резания по формуле:

Nрез=Рz· V/60·102 кВт

Kp=Kм· K? · K? · Kv · Kh · Kr=1,02

Рz=Сpz· txpz·Sypz·Kp=214·1,5·0.390.75·1,02=161,58 кг

Nрез=161,58· 102/60·102 =2,69 кВт

2,69<7,8

Следовательно, мощность станка достаточна.

Окончательно принимаем следующий режим резания:

t=1 мм

S=0,56 мм/об

n =400 об/мин

V=83 м/мин

Построение номограмм

I. В первом квадранте (в логарифмических координатах) строим номограмму для зависимости

резание материал станок номограмма

Pz=Cpz· tXpz·SYpz·Kpz

Cpz=95; Xpz=1; Ypz =0,75; - выбираем по таблицам Кpz= Kм· K? · K? · Kv · Kh · Kr

Кpz=0,979· 1·1,1·1·1·0,95=1,02

Kpz=1,02

Задаваясь различными значениями глубины (при S=1 мм/об), будем иметь разные значения силы:

Pz=Cpz· tXpz·SYpz · Kpz ;

Pz=96,9t

t1 =0.5 мм S= 1 мм/об Pz 1= 48

t2 =1.0 мм S= 1 мм/об Pz 2= 96

t3 =1.5 мм S= 1 мм/об Pz 3= 145

t4 =2.0 мм S= 1 мм/об Pz 4= 194

t5 =3.0 мм S= 1 мм/об Pz 5= 291

t6 =4.0 мм S= 1 мм/об Pz 6= 388

t7 =5.0 мм S= 1 мм/об Pz 7= 485

t8 =6.0 мм S= 1 мм/об Pz 8= 581

t9 =7.0 мм S= 1 мм/об Pz 9= 678

t10=8.0 мм S= 1 мм/об Pz10= 775

На оси ординат откладываем значения силы Pz, на оси абсцисс — значения подачи S.

Pzmax берем из условий прочности станка: Pzmax=Рмп/0.4; Рмп=360 кг (по паспорту станка).

Pzmax=360/0.4=900 кг.

Pzminрассчитывается, считая, что наименьшая глубина резания ~0.5 мм, а наименьшая подача (по станку) — 0.082 мм/об.

Pzmin=Cpz· tXpz · SYpz · Kpz

Pzmin=214· 0.5·0.0820.75·1.02= 16,7 кг Принимаем диапазон сил для первого квадранта 10? 900 кг Диапазон подач берем по станку — 0.082- 1.59 мм/об.

На линии ординат (при S=1 мм/об) откладываем значения полученных сил и через соответствующие точки проводим прямые линии под углом? (tg?=ypz).

tg?= ?=

II. Во втором квадранте (в логарифмических координатах) строим номограмму для зависимости:

V=Cv· Kv /Tm· tXv· SYv.

Cv=292; xv=0.15; yv=0.2; T=60 мин; m=0.2 .

Кv= Км· Ксм· Кк · Кми · К? · К?1· Кr · Кf

Kv=0,92.

V=136/ t.0.15.

5 мм S= 0.5 мм/об V 1= 150,5 м/мин

t 2=1.0 мм S= 0.5 мм/об V 2= 136 м/мин

t 3=1.5 мм S= 0.5 мм/об V 3= 128 м/мин

t 4=2.0 мм S= 0.5 мм/об V 4= 122,5 м/мин

t 5=3.0 мм S= 0.5 мм/об V 5= 115 м/мин

t 6=4.0 мм S= 0.5 мм/об V 6= 110 м/мин

t 7=5.0 мм S= 0.5 мм/об V 7= 107м/мин

t 8=6.0 мм S= 0.5 мм/об V 8= 104 м/мин

t 9=7.0 мм S= 0.5 мм/об V 9= 102 м/мин

t10=8.0 мм S= 0.5 мм/об V10= 100 м/мин На линии ординат (при S=0.5 мм/об) откладываем значения полученных скоростей и через соответствующие точки проводим прямые линии, наклонные к оси абсцисс под углом? (tg?=yv).

tg?= ?=?

Квадрант строим в диапазоне скоростей рекомендуемых справочником (при обработке чугунка серого резцами ВК).

Vmin= м/мин; Vmax= м/мин.

III. В третьем квадранте (в логарифмических координатах) строим номограмму для зависимости

V=?· D·n/1000 м/мин.

Подставляем в формулу значения чисел оборотов по станку 16К20

(при D=100 мм), получаем соответствующее значение скоростей:

V=?· n/10 м/мин

n 1= 12,5 об/мин D=100 мм V 1 = 3.93 м/мин

n 2= 16 об/мин D=100 мм V 2 = 5,03 м/мин

n 3= 20 об/мин D=100 мм V 3 = 6,28 м/мин

n 4= 25 об/мин D=100 мм V 4 = 7,85 м/мин

n 5= 31,5 об/мин D=100 мм V 5 = 9,89 м/мин

n 6= 40 об/мин D=100 мм V 6 = 12,56 м/мин

n 7= 50 об/мин D=100 мм V 7 = 15,7 м/мин

n 8= 63 об/мин D=100 мм V 8 = 19,78 м/мин

n 9= 80 об/мин D=100 мм V 9 = 25,12 м/мин

n10= 100 об/мин D=100 мм V10= 31,4 м/мин

n11= 125 об/мин D=100 мм V11= 39,25 м/мин

n12= 160 об/мин D=100 мм V12= 50,24 м/мин

n13= 200 об/мин D=100 мм V13= 62,8 м/мин

n14= 250 об/мин D=100 мм V14= 78,5 м/мин

n15= 315 об/мин D=100 мм V15= 98,91 м/мин

n16= 400 об/мин D=100 мм V16= 125,6 м/мин

n17= 500 об/мин D=100 мм V17= 157 м/мин

n18= 630 об/мин D=100 мм V18= 197,82 м/мин

n19= 800 об/мин D=100 мм V19= 251,2 м/мин

n20= 1000 об/мин D=100 мм V20= 314 м/мин

n21= 1250 об/мин D=100 мм V21= 392,5 м/мин

n22= 1600 об/мин D=100 мм V22 = 502,4 м/мин На линии ординат (при D=100 мм) откладываем найденные значения скоростей и через соответствующие точки проводим прямые линии, наклонные к оси абсцисс под углом 45?.

При построении этого квадранта диапазон скоростей и масштаб берем такой же, как и для второго квадранта.

Vmin= м/мин; Vmax= м/мин.

Dmin= мм; Dmax= мм (по станку)

IY. В четвертом квадранте (в логарифмических координатах) строим номограмму для зависимости:

Pz=2Mкр/D.

Подставляем в формулу значения Mкр (при D=100 мм), получим соответствующие допускаемые значения Pz.

Pz=2Mкр/100 кг М1−7 =130 000 кг. мм D=100 мм Pz1−7 =2600 кг М8 =109 000 кг. мм D=100 мм Pz8 =2180 кг М9 = 85 500 кг. мм D=100 мм Pz9 =1710 кг М10 = 67 000 кг. мм D=100 мм Pz10 =1340 кг М11 = 53 000 кг. мм D=100 мм Pz11 =1060 кг М12 = 40 500 кг. мм D=100 мм Pz12 = 810 кг М13 = 38 000 кг. мм D=100 мм Pz13 = 760 кг М14 = 30 000 кг. мм D=100 мм Pz14 = 600 кг М15 = 24 000 кг. мм D=100 мм Pz15 = 480 кг М16 = 18 000 кг. мм D=100 мм Pz16 = 360 кг М17 = 14 600 кг. мм D=100 мм Pz17 = 292 кг М18 = 11 400 кг. мм D=100 мм Pz18 = 228 кг М19 = 9000 кг. мм D=100 мм Pz19 = 180 кг М20 = 7000 кг. мм D=100 мм Pz20 = 140 кг М21 = 5550 кг. мм D=100 мм Pz21 = 111 кг М22 = 4180 кг. мм D=100 мм Pz22 = 84 кг На линии ординат (при D=100 мм) откладываем найденные значения сил Pz и через соответствующие точки проводим прямые линии, наклоненные к оси абсцисс под углом 45?.

При построении этого квадранта диапазон сил резания (Pzmin — Pzmax) берем такие же, как и для первого квадрата, а диапазон диаметров (DminDmax) — как для третьего квадрата.

Список использованной литературы

1. Резание металлов и режущий инструмент. Аршинов В. А. и Алексеев Г. А М.: «Машиностроение», 2007, 500 с.

2. Расчет наивыгоднейших режимов резания при точении. Семко М. Ф. и Беззубенко Н. К. Харьков, НТУ «ХПИ», 2007, 57 с.

3. Резание металлов. Грановский Г. И. и Грановский В. Г. М.: Высш. шк., 2005,

304 с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. Косиловой А. Г. и Мещерякова Р. К. — М.: Машиностроение, 2006, 656 с.