Расчет режимов резания при фрезеровании

      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 S_o(мм/об) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее одному обороту фрезы, и подача на зуб S_z(мм/зуб) - перемещение рассматриваемой точки заготовки за время, соответствующее повороту фрезы на один угловой шаг зубьев.

      Помимо  этого рассматривается также  скорость движения подачи v_s (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 S_o и S_z. Используя зависимости: S_o = S_z · z, v_s = S_o · n где z - число зубьев фрезы, n - число оборотов фрезы (об/мин) определим v_s = S_o · n = S_z · z · n.

      Исходной  величиной при черновом фрезеровании является подача на один зуб S_z, 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 S_o, 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);

      S_z - подача на зуб (мм/зуб);

      B - ширина фрезерования (мм);

      Z - число зубьев фрезы;

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

      k_v - общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки.

      Величины C_v 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

 

      Общий поправочный коэффициент K_v. 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 K_v, который представляет собой произведение отдельных поправочных коэффициентов, Каждый из которых отражает изменение, относительно исходных, отдельных параметров /5/ :

      K_v = K_mv • K_пv • K_иv • K_jv,

      K_mv  - коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала, таблицы 12, 13;

      K_пv - коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя заготовки, таблица 14;

      K_иv - коэффициент, учитывающий инструментальный материал, таблица 15;

      K_jv - коэффициент, учитывающий величину j - главного угла  в плане, 

                                                            Таблица 2.2.4. - 2 

 

       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. n_ф £ n, где n_ф - 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):

      v_S(S_м) = S_z • z • n_ф = S_о • n_ф (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:

      N_р £ N_шп ,

      где N_р - эффективная мощность резания, кВт;

      N_шп - 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 

      N_шп = N_э • h ,

      где  N_э - мощность электродвигателя привода главного движения резания, кВт, h - КПД механизмов привода станка, h = 0,7 ... 0,8.

       Мощность резания  при фрезеровании определяется по формуле

      где М_кр - крутящий момент на шпинделе, Нм, n - число оборотов фрезы, мин^-1.

       Крутящий момент на шпинделе станка определится по формуле:

      где Р_z - главная составляющая (касательная) силы резания, Н; D - диаметр фрезы, мм.

       Главная составляющая силы резания P_z при фрезеровании определяется по формуле

      где C_p - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и другие условия;

      K_p - общий поправочный коэффициент, представляющий собой произведение коэффициентов, отражающих состояние отдельных параметров, влияющих на величину силы резания,

      K_р = K_mр • K_vр • K_gр • K_jv,

      - K_mр - коэффициент, учитывающий свойства материала обрабатываемой заготовки (табл.17);

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

      - K_gр - коэффициент, учитывающий величину переднего угла g (табл.19) ;

      - K_jр - коэффициент, учитывающий величину угла в плане j (табл.19).

      Значения  коэффициента С_р и показателей степеней x , y, u, q, w приведены в табл.16.

      Величина  радиальной составляющей силы резания  Р_y может быть определена по соотношению Р_y ≈ 0,4 Р_z.

      Если  условие N_р £ N_шп не выдерживается, то необходимо уменьшить скорость резания или изменить другие параметры резания.

      При фрезеровании имеет большое значение представление силы резания по вертикальной P_в и горизонтальной Р_г составляющим. Горизонтальная составляющая силы резания Р_г представляет собой силу, которую необходимо приложить для обеспечения движения подачи, она должна быть меньше (или равна) наибольшей силы, допускаемой механизмом продольной подачи станка:

      Р_г £ Р_доп, Н.

      где Р_доп - 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  - Р_г = (0,3...0,4) • Р_z;

      - при несимметричном встречном    - Р_г = (0,6...0,8) • Р_z;

      - при несимметричном попутном     -  Р_г = (0,2...0,3) • Р_z ;