РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ

Скорость резания является основным параметром, определяющим машинное (основное) время операции. Её величина, кроме прочих факторов, зависит от принятой стойкости инструмента. При оптимизации режимов резания за основной критерий чаще всего принимают критерии минимальной себестоимости и максимальной производительности.Используют также и другие критерии, связанные, например, с технологическими требованиями к детали (шероховатость обработанной поверхности, точность размеров и др.).

При использовании первого критерия за оптимальную скорость резания принимают скорость, обеспечивающую минимальную себестоимость операции. При этом расчет скорости ведут по уравнению (8.4) с использованием нормативов по режимам резания в следующей последовательности.

1. Назначают глубину резания исходя из припуска на обработку и характера операции. Например, на чистовую операцию оставляют небольшой припуск (не более 0,5 мм), а остальной припуск - на черновую обработку и промежуточные операции. Если припуск более 7 мм, то предусматривают два и более проходов.

2. Выбирают подачу. Например, на чистовых операциях (s < 0,1 мм/об) подачу определяют с учетом требуемой шероховатости. На черновых операциях подачу выбирают максимально возможной (она определяется прочностью инструмента и механизма подачи станка). Далее рассчитывают силу подачи, крутящие моменты на валах коробок скоростей и подач станка и мощность резания.

3. Определяют оптимальную стойкость инструмента исходя из условий минимальной себестоимости или максимальной производительности операции.

Для решения последней задачи найдем стойкость минимальной себестоимости (экономическую стойкость):

. (8.5)

где Е - стоимость 1 мин работы станка и станочника; t_см - время на смену инструмента и подналадку станка; Э_и - затраты на инструмент и его эксплуатацию.

Графически это решение можно представить в следующем виде (рис.8.6). Здесь кривая Э_и представляет затраты, связанные с инструментом, кривая Е - затраты, связанные с эксплуатацией станка, включая зарплату станочника, а кривая С - переменная доля себестоимости, как сумма обоих затрат. Минимум себестоимости и будет соответствовать Т_эк, по которой определяют оптимальную скорость резания.

Для снижения экономической стойкости Т_эк и соответственно для увеличения скорости резания v и производительности [см. уравнение (8.5)] необходимо снизить затраты на смену и эксплуатацию инструментов, например, за счет применения инструментов, оснащенных твердосплавными СМП. При использовании более дорогих автоматизированных станков, например, обрабатывающих центров, увеличивается стоимость станкочаса, и поэтому для уменьшения стоимости операции необходимо снижать Т_эк.

Рис. 8.6. Схема определения экономической стойкости Тэк

Зависимость С = f(T) (рис.8.6) имеет в окрестностях точки минимума пологую форму и поэтому даже значительные (в 2 раза) отклонения от принятой в расчетах скорости резания в меньшую или большую стороны мало сказывается на себестоимости операций.

На основании опыта при одноинструментной обработке быстрорежущими резцами рекомендуют принимать расчетную стойкость в пределах 60...90 мин, твердосплавными и минералокерамическими резцами - 30...60 мин, алмазными резцами, обрабатывающими цветные металлы, 10...20 ч, а эльборовыми резцами, обрабатывающими закаленные стали, 120... 150 мин. При использовании современных дорогостоящих станков с ЧПУ стойкость инструмента должна находиться в пределах 5... 15 мин.

На станках с ЧПУ, в том числе и на обрабатывающих центрах, режущие инструменты работают последовательно - один за другим. Поэтому в этом случае для каждого инструмента можно рассчитать свои режимы резания. Так как детали на таких станках обычно обрабатывают партиями, то стойкость отдельно взятого инструмента берут с учетом числа заготовок в партии N₃ и основного (штучного) времени t₀,т.е.

T = t₀N_з. (8.6)

Затем по уравнению (8.4) рассчитывают скорость резания v при этой стойкости и определяют число оборотов заготовки или инструмента

Большим достоинством станков с ЧПУ является автоматизация смены инструментов, бесступенчатое регулирование частоты вращения и подач и их изменение по задаваемой программе, что способствует снижению себестоимости и повышению производительности механообработки.