Расчет режимов резания

 

При назначении режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

При расчете режимов резания устанавливают глубину резания, минутную подачу, скорость резания. Приведем пример расчета режимов резания для двух операций. Для остальных операций режимы резания назначаем согласно [5], т.2,стр. 265-303.

010 . Точение черновое (Ø24)

Модель стана 1П365, обрабатываемый материал – сталь 45, материал инструмента СТ 25.

1. Обоснование марки материала и геометрии режущей части.

Резец оснащен твердосплавной пластиной СТ 25 (Al₂O₃+TiCN+T15K6+TiN). Применение твердосплавной пластины, которая не нуждается в переточке, снижает затраты времени на смену инструмента, кроме того, основой данного материала является улучшенный Т15К6, что существенно повышает износостойкость и температуростойкость СТ 25.

Геометрия режущей части.

Все параметры режущей части выбираем из источника [5] Проходной резец: α= 8°, γ = 10°, β = +3º, f = 45°, f₁ = 5°.

2. Марка СОЖ: 5%-ая эмульсия.

3. Глубина резания соответствует величине припуска, так как припуск снимается за один поход.

t = 2,8 мм.

4. Расчетная подача определяется исходя из требований шероховатости ([5],стр.266) и уточняется по паспорту станка.

S = 0,5 об/мин.

5. Стойкость [5],стр.268.

Т = 50 мин.

6. Расчетная скорость резания определяется из заданной стойкость, подачи и глубины резания из [1],стр.265.

 

 

где С_v , х , m, у – коэффициенты [ 5 ],стр.269;

Т – стойкость инструмента, мин;

S – подача, об/мм;

t – глубина резания, мм;

К_v – коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки.

 

К_v = К_мv ∙К_пv ∙К_иv,

 

К_мv – коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала на скорость резания;

К_пv = 0,8 – коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания;

К_иv = 1 – коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.

 

К_мv = К_г∙ ,

 

где К_г – коэффициент, характеризующий группу стали по обрабатываемости.

 

К_мv = 1∙

К_v = 1,25 ∙0,8 ∙1 = 1,

 

7. Расчетная частота вращения.

 

 

где D – обрабатываемый диаметр детали, мм;

V_Р – расчетная скорость резания, м/ мин.

 

По паспорту станка принимаем n = 1500 об/мин.

8. Фактическая скорость резания.

 

 

где D - обрабатываемый диаметр детали, мм;

n – частота вращения, об/мин.

 

 

9. Тангенциальную составляющую силы резания Pz, H определяем по формуле источника [5], с.271.

 

Р_Z = 10∙С_р∙t^х∙S^у∙Vⁿ∙К_р,

 

гдеР_Z – сила резания, Н;

С_р, х, у, n – коэффициенты [5], стр.273;

S – подача, мм/об;

t – глубина резания, мм;

V – скорость резания, об/мин;

К_р– поправочный коэффициент (К_р= К_мр∙К _jр∙К _gр∙К_lр, – численные значения этих коэффициентов из [5], стр.264, 275).

 

К_р = 0,846∙1∙1,1∙0,87 = 0,8096.

Р_Z = 10∙300∙2,8∙0,5^0,75∙113^-0,15∙0,8096 = 1990 Н.

 

10. Мощность из [5],стр.271.

 

,

 

где Р_Z – сила резания, Н;

V – скорость резания, об/мин.

 

.

 

Мощность электродвигателя станка 1П365 составляет 14 квт, поэтому мощность привода станка достаточна:

 

N_рез.< N_ст.

3,67 кВт <14 кВт.

 

035. Сверлильная

Сверление отверстия Ø8 мм.

Модель станка 2550Ф2, обрабатываемый материал – сталь 45, материал инструмента Р6М5. Обработка ведется за один проход.

1. Обоснование марки материала и геометрии режущей части.

Материал режущей части инструмента Р6М5.

- твердость 63…65 HRCэ,

- предел прочности на изгиб s_п = 3,0 ГПа,

- предел прочности на растяжение s_в = 2,0 ГПа,

- предел прочность на сжатие s_сж = 3,8 ГПа,

Геометрия режущей части: w =10°– угол наклона винтового зуба;

f = 58° - главный угол в плане,

a = 8° - задний затачиваемый угол.

2. Глубина резания

t = 0,5∙D = 0,5∙8 = 4 мм.

3. Расчетная подача определяется исходя из требований шероховатости [5].с 266 и уточняется по паспорту станка.

S = 0,15 об/мин.

4. Стойкость [5]с. 270.

Т = 25 мин.

5. Расчетная скорость резания определяется из заданной стойкость, подачи и глубины резания.

 

 

 

где С_v , х , m, у – коэффициенты [5], с.278.

Т – стойкость инструмента, мин.

S – подача, об/мм.

t – глубина резания, мм.

К_V – коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки, состояние поверхности, материал инструмента и т.д.

 

 

6. Расчетная частота вращения.

 

,

 

где D – обрабатываемый диаметр детали, мм.

V_р – расчетная скорость резания, м/ мин.

 

 

По паспорту станка принимаем n = 1000 об/мин.

7. Фактическая скорость резания.

 

 

где D - обрабатываемый диаметр детали, мм.

n - частота вращения, об/мин.

 

.

 

8. Крутящий момент

 

М_кр = 10∙С_М∙ D^q ∙ S^у ∙К_р.

 

где С_М, q, у, K_р, – коэффициенты [5], с.281.

S – подача, мм/об.

D – диаметр сверления, мм.

 

М_кр = 10∙0,0345∙ 8² ∙ 0,15^0,8 ∙0,92 = 4,45 Н∙м.

 

9. Осевая сила Р_о, Н по [5], с. 277;

 

Р_о = 10∙С_Р·D^q·S^y·К_Р,

 

где С_Р, q, у, K_р, – коэффициенты [5] с.281.

 

Р_о = 10∙68·8¹·0,15^0,7·0,92 = 1326 Н.

 

9. Мощность резания.

 

 

гдеМ_кр - крутящий момент, Н∙м.

V – скорость резания, об/мин.

 

 

0,46 кВт < 7 кВт. Мощность станка достаточна для заданных условий обработки.

040. Шлифовальная

Модель станка 3Т160, обрабатываемый материал – сталь 45, материал инструмента – нормальный электрокорунд 14А.

Врезное шлифование периферией круга.

1. Марка материала, геометрия режущей части.

Выбираем круг:

ПП 600×80×305 24А 25 Н СМ1 7 К5А 35 м/с. ГОСТ 2424-83.

2. Глубина резания

t = 0,04 мм.

3. Радиальная подача S_р, мм/об определяем по формуле из источника [5], с. 301, табл. 55.

S_Р = 0,005 мм/об.

4. Скорость круга V_К, м/с определяем по формуле из источника [5], стр. 79:

 

где D_К - диаметр круга, мм;

D_К = 300 мм;

 n_К = 1250 об/мин – частота вращения шлифовального шпинделя.

 

 

5. Расчетную частоту вращения заготовки n_з.р, об/мин определим по формуле из источника [5], с.79.

 

 

где V_З.Р – выбранная скорость заготовки, м/мин;

V_З.Р определим по табл. 55, стр. 301 [5]. Примем V_З.Р = 40 м/мин;

d_З – диаметр заготовки, мм;

 

 

6. Эффективная мощность N, кВт определим по рекомендации в

источнике [5] стр. 300:

при врезном шлифовании периферией круга

 

 

где коэффициент C_N и показатели степеней r, y, q, z приведены в [5], табл. 56, стр. 302;

V_З.Р – скорость заготовки, м/мин;

S_P – радиальная подача, мм/об;

d_З – диаметр заготовки, мм;

b – ширина шлифования, мм равна длине шлифуемого участка заготовки;

b = 22 мм;

 

 

Мощность электродвигателя станка 3Т160 составляет 17 кВт, поэтому мощность привода станка достаточна:

N_рез< N_шп

1,55 кВт < 17 кВт.

 

Нормирование операций

 

Расчетно-технологические нормы времени определяются расчетным путем.

Существуют, норма штучного времени Т_ШТ и норма времени калькуляционная. Калькуляционная норма определяется по формуле на стр. 46, [9]:

 

 

где Т_шт – норма штучного времени, мин;

 Т_п.з. – подготовительно-заключительное время, мин;

 n - количество деталей в партии, шт.

Норма штучного времени определяется по формуле:

 

Т_шт = t_осн + t_всп + t_обсл + t_пер,

 

где t_осн – основное технологическое время, мин;

t_всп – вспомогательное время, мин;

t_обсл – время обслуживания рабочего места, мин;

t_пер – время перерывов и отдыха, мин.

Основное технологическое время для токарных, сверлильных операций определяется по формуле на стр. 47, [9]:

 

, мин,

 

гдеL – расчетная длина обработки, мм;

 - число проходов;

S_мин – минутная подача инструмента;

а - число одновременно обрабатываемых деталей.

Расчетная длина обработки определяется по формуле:

 

L = L_рез + l₁ + l₂ + l₃.

 

гдеL_рез – длина резания, мм;

l₁ – длина подвода инструмента, мм;

l₂ – длина врезания инструмента, мм;

l₃ – длина перебега инструмента, мм.

Время обслуживания рабочего места определяется по формуле:

 

t_обсл = t_{техн.обсл} + t_{орг.обсл},

 

гдеt_{техн.обсл} – время технического обслуживания, мин;

t_{орг.обсл} – время организационного обслуживания, мин.

,

 

где  - коэффициент, определяемый по нормативам. Принимаем .

 

,

 

где  - коэффициент, определяемый по нормативам. Принимаем .

Время на перерыв и отдых определяется по формуле:

 

,

 

где  - коэффициент, определяемый по нормативам. Принимаем .

Приведем расчет норм времени для трех различных операций

010 Токарная

Предварительно определим расчетную длину обработки. l₁, l₂, l₃ определим по данным табл.3.31 и 3.32 на стр.85 [3].

L = 12 + 6 +2 = 20 мм.

Минутная подача

 

S_мин = S_об∙n, мм/мин,

 

где S_об – оборотная подача, мм/об;

n – число оборотов, об/мин.

S_мин = 0,5∙1500 = 750 мм/мин.

Основное технологическое время:

 мин.

 

Вспомогательное время состоит из трех составляющих: на установку и на снятие детали, на переход, на измерение. Это время определяется по картам 51, 60, 64 на стр. 132, 150, 160 по [10]:

t_{уст/снят} = 1,2 мин;

t_{переход} = 0,03 мин;

t_изм = 0,12 мин;

 

t_всп = 1,2 + 0,03 + 0,12 = 1,35 мин.

 

Время технического обслуживания

 

 мин.

 

Время организационного обслуживания

 

 мин.

 

Время перерывов

 

 мин.

 

Норма штучного времени на операцию:

 

Т_шт = 0,03 + 1,35 + 0,09 + 0,07 = 1,48 мин.

 

035 Сверлильная

Сверление отверстия Ø8 мм.

Определим расчетную длину обработки.

 

L = 12 + 10,5 + 5,5 = 28 мм.

 

Минутная подача

 

S_мин = 0,15∙800 = 120 мм/мин.

 

Основное технологическое время:

 

 мин.

 

Обработка производится на станке с ЧПУ. Время цикла автоматической работы станка по программе определяется по формуле:

 

Т_ц.а = Т_о + Т_мв, мин,

 

гдеТ_о – основное время автоматической работы станка, Т_о = t_осн;

Т_мв – машинно-вспомогательное время.

 

Т_мв = Т_мв.и + Т_мв.х, мин,

 

гдеТ_мв.и – машинно-вспомогательное время на автоматическую смену инструмента, мин;

Т_мв.х – машинно-вспомогательное время на выполнение автоматических вспомогательных ходов, мин.

Т_мв.и определяем по приложению 47, [11].

Принимаем Т_мв.х = Т_о/20 = 0,0115 мин.

Т_ц.а = 0,23 + 0,05 + 0,0115 = 0,2915 мин.

 

Норма штучного времени определяется по формуле:

 

,

 

гдеТ_в – вспомогательное время, мин. Определяется по карте 7, [12];

а_тех, а_орг, а_отл – время на обслуживание и отдых, определяется по [12], карта 16: а_тех + а_орг + а_отл = 8%;

Т_в = 0,49 мин.

 

 мин.

 

040. Шлифовальная

Определение основного (технологического) времени:

 

,

 

гдеl – длина обрабатываемой части;

l₁ – величина врезания и перебега инструмента по карте 43, [12];

i – число проходов;

S – подача инструмента, мм.

 

 мин

 

Определение вспомогательного времени см. карту 44, [5]

 

Т_в=0,14+0,1+0,06+0,03=0,33 мин

 

Определение времени на обслуживание рабочего места, отдых и естественные надобности:

 

,

 

где а_обс и а_отд – время на обслуживание рабочего места, отдых и естественные надобности в процентах от оперативного времени по карте 50, [5]:

 

а_обс = 2% и а_отд = 4%.

 мин

 

Определение нормы штучного времени:

 

Т_ш=Т_о + Т_в + Т_обс + Т_отд = 3,52 + 0,33 + 0,231 = 4,081 мин

 

1.11 Экономическое сравнение 2-х вариантов операций

 

При разработке технологического процесса механической обработки возникает задача выбрать из нескольких вариантов обработки один, обеспечивающий наиболее экономичное решение. Современные способы механической обработки и большое разнообразие станков позволяют создавать различные варианты технологии, обеспечивающие изготовление изделий, полностью отвечающих всем требованиям чертежа.

В соответствии с положениями по оценке экономической эффективности новой техники признается наиболее выгодным тот вариант, у которого сумма текущих и приведенных капитальных затрат на единицу продукции будет минимальной. В число слагаемых суммы приведенных затрат следует включать лишь те затраты, которые изменяют свою величину при переходе на новый вариант технологического процесса.

Сумму этих расходов, отнесенную к часам работы машины, можно назвать часовыми приведенными затратами .

Рассмотрим следующие два варианта выполнения токарной операции, в которых обработка ведется на разных станках:

1. по первому варианту черновое обтачивание наружных поверхностей детали производится на универсальном токарно-винторезном станке модели 1К62;

2. по второму варианту черновое обтачивание наружных поверхностей детали производится на токарно-револьверном станке модели 1П365.

1. Операция 10 выполняется на станке 1К62.

Величина  характеризует экономичность оборудования. Меньшее значение  для сопоставления станков при равной производительности свидетельствует о том, что станок более экономичен.

Величина часовых приведенных затрат

 

,

 

где  - основная и дополнительная заработная плата, а также начисления на соцстрах оператору и наладчику за физический час работы обслуживаемых машин, коп/ч;

 - коэффициент многостаночности, принимаемый по фактическому состоянию на рассматриваемом участке, принимаем М = 1;

 - часовые затраты по эксплуатации рабочего места, коп/ч;

 - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений: для машиностроения  = 2;

 - удельные часовые капитальные вложения в станок, коп/ч;

 - удельные часовые капитальные вложения в здание, коп/ч.

Основную и дополнительную заработную плату, а также отчисления на соцстрах оператору и наладчику можно определить по формуле:

 

, коп/ч,

 

где  - часовая тарифная ставка станочника соответствующего разряда, коп/ч;

1,53 – суммарный коэффициент, представляющий произведение следующих частных коэффициентов:

1,3 – коэффициент выполнения норм;

1,09 – коэффициент дополнительной зарплаты;

1,077 – коэффициент отчислений на соцстрах;

к – коэффициент, учитывающий зарплату наладчика, принимаем к = 1,15.

 

 

Величина часовых затрат по эксплуатации рабочего места в случае понижения

загрузки станка должна быть скорректирована с помощью коэффициента , если станок не может быть дозагружен. В этом случае скорректированная величина часовых затрат:

 

, коп/ч,

где  - часовые затраты по эксплуатации рабочего места, коп/ч;

 - поправочный коэффициент:

 

,

 

 - удельный вес условно-постоянных затрат в часовых затратах на рабочем месте, принимаем ;

 - коэффициент загрузки станка.

 

,

 

гдеТ_ШТ – штучное время на операции, Т_ШТ = 2,54 мин;

t_В – такт выпуска, принимаем t_В = 17,7 мин;

m_П – принятое число станков на операции, m_П = 1.

 

;

,

 

где  - практические скорректированные часовые затраты на базовом рабочем месте,  коп;

 - машино-коэффициент, показывающий, во сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем аналогичные расходы у базового станка. Принимаем .

 

 коп.

 коп/ч.

 

Капитальные вложения в станок и здание можно определить:

 

, коп/ч,

 

гдеЦ – балансовая стоимость станка, принимаем Ц = 2200.

 

, коп/ч,

 

Где F – производственна площадь, занимаемая станком, с учетом проходов:

 

, м²,

 

где  - производственная площадь, занимаемая станком,  м²;

 - коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь, .

 

м².

 коп/ч.

 коп/ч.

 коп/ч.

 

Стоимость механической обработки на рассматриваемой операции:

, коп.

 коп.

 

2. Операция 10 выполняется на станке 1П365.

Ц = 3800 руб.

 

 м².

 

Т_ШТ = 1,48 мин.

m_П = 1.

М = 1.

.

.

 

 коп.

 коп/ч.

 коп/ч.

м².

 коп/ч.

 коп/ч.

 коп.

 

Сопоставив варианты выполнения токарной операции на различных станках, приходим к выводу, что токарную обработку наружных поверхностей детали следует производить на токарно-револьверном станке модели 1П365. Так как себестоимость механической обработки детали ниже, чем если выполнять ее на станке модели 1К62.