>>> Перейти на полный размер сайта >>>

Фрезерное дело

§ 65. Выбор рациональных режимов фрезерования

Назначение рациональных режимов резания предусматривает выбор для заданных условий обработки (обрабатываемый материал, размеры заготовки, припуск на обработку и др.) типа и размера фрезы, материала и марки режущей части, условий охлаждения и др. После этого необходимо установить оптимальные значения следующих параметров режима резания: В, t, s_z, у, n, N_e, Т_м,

При постоянном диаметре фрезы на производительность фрезерования параметры В, t, s_z и v оказывают одинаковое влияние, так как каждый из них влияет в первой степени. Это означает, что при увеличении любого из них, например в два раза (при прочих неизменных параметрах), производительность также увеличивается в два раза.

Задача выбора рационального режима резания состоит в выборе наиболее выгодного для заданных условий режима резания. С учетом стойкости инструмента выгоднее прежде всего выбирать максимально допустимые значения тех параметров, которые в меньшей степени влияют на стойкость инструмента, т. е. в порядке, обратном их влиянию на стойкость фрезы. Так как скорость резания оказывает самое большое влияние на стойкость, то ее выбирают исходя из принятой для данного инструмента нормы стойкости.

Выбор режимов резания при фрезеровании следует производить в следующей последовательности:

1. Определить максимально допустимую глубину резания исходя из припуска на обработку. Припуск на обработку желательно снять за один проход.
2. Найти максимально допустимую по условиям обработки подачу на зуб s_z. При черновом фрезеровании она ограничивается прочностью зуба фрезы, прочностью фрезы (концевые фрезы, фрезы малых диаметров и др.), недостаточной мощностью, жесткостью и виброустойчивостью станка и т. д. При чистовой обработке величина подачи должна отвечать требованиям точности и шероховатости обработанной поверхности.
3. При выбранной глубине резания и подаче на зуб (и заданной ширине фрезерования) определяют по таблицам нормативов режимов фрезерования скорость резания v.
4. Определяют эффективную мощность резания N_e. Выбранный режим может быть осуществлен, если N_е < N_ст.

   Если окажется, что N_c > N_ст, то необходимо прежде всего снизить скорость резания пропорционально недостатку мощности.

5. В зависимости от принятой скорости резания определяют ближайшую ступень чисел оборотов шпинделя станка из числа имеющихся на данном станке по формуле или по графику (см. рис. 40).
6. Определяют минутную подачу по формуле или по графику (см. рис. 41) и выбирают ближайшую из имеющихся на данном станке.
7. Определяют машинное время.

Время, в течение которого происходит процесс снятия стружки без непосредственного участия рабочего, называется машинным временем (например, на фрезерование плоскости заготовки с момента включения механической продольной подачи до момента ее выключения).

Использование производственных характеристик станков для выбора оптимальных режимов фрезерования

Повышение производительности при обработке на металлорежущих станках ограничивается двумя основными факторами: производственными возможностями станка и режущими свойствами инструмента. Если производственные возможности станка малы и не позволяют полностью использовать режущие свойства инструмента, то производительность такого станка будет составлять лишь некоторую часть от возможной производительности при максимальном использовании инструмента. В том случае, когда производственные возможности станка значительно превышают режущие свойства инструмента, на станке может быть достигнута максимально возможная при данном инструменте производительность, но при этом не будут полностью использованы возможности станка, т. е. мощность станка, максимально допустимые силы резания и т. д. Оптимальными с точки зрения производительности и экономичности использования станка и инструмента будут такие случаи, когда производственные мощности станка и режущие свойства инструмента будут совпадать или близки друг к другу.

Рис. 197. Врезание и перебег

Это условие положено в основу так называемых производственных характеристик станков, которые были предложены и разработаны проф. А. И. Кашириным. Производственная характеристика станка представляет собой график зависимостей возможностей станка и инструмента. Производственные характеристики позволяют облегчить и упростить определение оптимальных режимов резания при обработке на данном станке.

Режущие свойства того или иного инструмента характеризуются режимами резания, которые допускаются в процессе обработки. Скорость резания с заданными условиями обработки можно определить по формуле. Практически же ее находят по таблице режимов резания, которые приведены в справочниках нормировщика или технолога. Однако следует отметить, что нормативы по режимам резания, как для фрезерования, так и для других видов обработки разрабатываются, исходя из режущих свойств инструмента для различных случаев обработки (тип и размер инструмента, вид и марка материала режущей части, обрабатываемый материал и др.) и не связаны со станками, на которых будет производиться обработка. Так как производственные возможности различных станков разные, то практически осуществимый оптимальный режим обработки на разных станках будет различным для одних и тех же заданных условий обработки. Производственные возможности станков зависят прежде всего от эффективной мощности станка, ряда чисел оборотов и подач и др.

Поясним сказанное на примере. Пусть требуется профрезеровать плоскость на заготовке из стали 45 (σ_в = 75 кГ/мм²) торцовой фрезой с пластинками твердого сплава Т15К6. Диаметр фрезы D = 200 мм, z = 8. Отношение ширины фрезерования к диаметру = 0,6. Глубина фрезерования В = 3 мм. Требуется определить оптимальные режимы при обработке заготовки на трех станках соответственно с разной эффективной мощностью электродвигателя: 7, 10 и 14 кВт.

Из таблиц по режимам фрезерования для заданных условий находим, что при s = 0,1 мм/зуб; v_т = 315 м/мин; при s = 0,18 мм/зуб; v_т = 250 м/мин; при s = 0,3 мм/зуб; v_т = 205 м/мин. Полученные точки наносим на график (рис. 198) в осях v—s_z (на логарифмической сетке) и соединяем прямой линией. При этом тангенс угла наклона прямой v в логарифмической сетке равен показателю степени при s_z в формуле, по которой рассчитывались скорости резания, приведенные в нормативах по режимам фрезерования.

Рис. 198. Зависимость скорости резания от подачи при различных значениях эффективной мощности

В нашем случае он равен 0,4. Построенная таким путем прямая дает зависимость скорости резания v_т допускаемой режущими свойствами твердого сплава от подачи на зуб s_z для заданных условий обработки. Скорость резания v_т, как указывалось выше, не зависит от станка, на котором будет производиться обработка.

На том же графике показаны три линии скоростей резания, допускаемых соответственно по эффективной мощности электродвигателей станков с N_c = 7,10 и 14 кВт. Они построены по данным той же таблицы из нормативов по режимам резания. Тангенс угла наклона прямых v_N к оси абсцисс s_z должен быть равен показателю степени при s_z. Так как углы наклона прямой v_T и прямых v_z всегда различны, то линия гт должна пересекаться с линиями v_N. На графике эти точки пересечения обозначены цифрой I. Таким образом, для каждого значения глубины резания В имеется только одна точка I, соответствующая подаче на зуб sz, при которой производственные возможности станка и инструмента одинаковы, т. е. когда имеет место полное использование режущих свойств фрезы и производственных возможностей станка. Этот режим и является оптимальным.Так, при N_c = 14 кВт s_zI — 0,21 мм зуб, при Ne -= 10 кВт s_zI = 0,1 мм/зуб и при N_c — = 7 кВт соответствующая точка s_zI = 0,05 мм/зуб.

Вправо и влево от точки s_zI реальный предельный режим резания может осуществляться лишь по нижним ветвям пересекающихся прямых, характеризующих собой более низкий предел. Левее точки I (при s_z < s_zI) предельная экономическая производительность может осуществляться лишь по линии экономической скорости фрезы vT. При этом будет иметь место недогрузка электродвигателя станка.

Правее точки I (при s_z > s_zI) картина обратная: инструмент позволяет работать с предельным режимом, большим чем это может обеспечить мощность электродвигателя станка. Поэтому в этой зоне подач на зуб максимальная производительность может осуществляться лишь по линии скорости резания, обусловленной полной нагрузкой электродвигателя станка vN. В последнем случае режущие свойства будут использоваться неполностью.

Таким образом, по графику (рис. 198) легко определить скорость резания (при заданных условиях обработки) для любого значения подачи на зуб, при обработке на станке с данной эффективной мощностью. Так, например, при s_z = 0,15 мм/зуб скорость резания составляет соответственно 265, 210 и 145 м/мин. При этом лишь при эффективной мощности электродвигателя станка N_c = 14 кВт полностью используются режущие свойства твердосплавного инструмента. В других случаях скорость резания ограничивается мощностью электродвигателя станка. Производственная характеристика фрезерного станка строится в осях v—а для различных значений B_z'.

Производственные характеристики фрезерных станков для случая фрезерования торцовыми фрезами были разработаны проф А. И. Кашириным и автором. Характеристика станка 6Р13 приведена на рис. 199.

Рис. 199. Производственные характеристики консольно-фрезерного станка

Построение линий скорости резания по стойкости vT и линий скоростей резания по мощности vN для различных значений B_z' осуществляется принципиально, так же как и в рассмотренном выше примере (см. рис. 198), по нормативам режимов резания. Только в этом случае надо с помощью вспомогательных графиков (см. рис. 188 и рис. 189) перейти от технологических параметров режима резания к физическим а и B_z'.

Асинхронные двигатели допускают кратковременную перегрузку. Поэтому для таких случаев можно принимать за эффективную мощность номинальную мощность электродвигателя без учета коэффициента полезного действия. В правой части диаграммы дана зависимость скорости резания от числа оборотов шпинделя для различных диаметров фрез. По лимитирующей скорости (v_т или v_N) на этом поле определяется ближайшая ступень чисел оборотов станка.

Пример. Определить число оборотов шпинделя при фрезеровании заготовки из стали 45. На станке модели 6Р13 с N = 10 кВт. Инструмент — торцовая фреза диаметром D = 200 мм с пластинками твердого сплава Т15К6: z = 8; t/D = 0,6; В = 2 мм; s_z = 0,2 мм/зуб.

При t/D ≤ 0,6, как указывалось выше (см. рис. 188) а ≈ s_z. Произведение B_z = 2 • 8 = 16. Из графика (см. рис. 189) находим B_z', соответствующее этому значению B_z (для = 0,6), т. е. B_z' = 3,3.

На рис. 199 стрелками показано решение примера. При принятых в примере режимах фрезерования полностью используются режущие свойства фрезы, а мощность станка используется также достаточно полно. По производственной характеристике можно легко определить режим, фрезерования для любых других условий. Аналогичные производственные характеристики можно построить для других станков, любых обрабатываемых материалов.