2.1 Расчет силы резания и мощности при точении
Суммарную равнодействующую всех сил, действующих на резец со стороны обрабатываемого материала, называют силой сопротивления резанию.
При токарной обработке равнодействующая R силы сопротивления резанию раскладывается на три взаимно перпендикулярные составляющие силы, действующие на резец, формула 1:
R=√Pz²+Py²+Px², (1)
где Pz – сила резания или тангенциальная сила, касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения; Py – радиальная сила направлена перпендикулярно к оси обрабатываемой заготовки; Px – осевая сила действует параллельно оси заготовки в направлении противоположном движению подачи.
Режимы резания при точении: t=0,5мм; s=0,3мм/об; v=222м/мин; n=1000об/мин.
При наружном продольном и поперечном точении, растачивании, отрезании, при резании пазов и фасонном точении составляющие сил сопротивления резания рассчитывают по эмпирическим формулам 2, 3, 4:
Pz = 10 · Cp · tx · sy · υn · Kp, (2)
Py = 10 · Cp · tx · sy · υn ·Kp, (3)
Px = 10 · Cp · tx · sy· υn · Kp, (4)
где t – глубина резания; s – скорость подачи инструмента; v – скорость вращения заготовки; Ср–постоянная; x; y; n – показатели степени.
Поправочный коэффициент Кр представляет собой произведение ряда коэффициентов. Коэффициент учитывающий фактическое условия резания рассчитывается по формуле 5: Кр= Kmp · Kp · Kp · Kp · Krp, (5)
где Kmp– поправочный коэффициент для стали и чугуна, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости; Kp – поправочный коэффициент для стали и чугуна, учитывающий влияние угла в планеφна составляющие силы резания при обработке стали и чугуна; Kp – поправочный коэффициент, учитывающий влияние переднего угла на составляющие силы резания при обработке стали и чугуна; Kp – поправочный коэффициент, учитывающий влияние угла наклона главного лезвия на составляющие силы резания при обработке стали и чугуна; Krp – поправочный коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине,мм.
Кмр=(600/750)0,75=0,85
Коэффициенты для Крz: Принимаем: Kpz =0,89; Kpz =1,1; Kpz=1; Krp=1. Kpz = 0,85·0,89·1,1·1·1=0,83.
Принимаем коэффициенты для Kpy: Kpу =0,5; Kpу =1,4; Kpу=1. Kpу = 0,85·0,5·1,4·1·1=0,59.
Принимаем коэффициенты для Крх :Kpz =1,17; Kpz =1,4; Kpz=1. Kpх = 0,85·1,17·1,4·1·1=1,39.
Принимаем: Ср= 300; x=1; y=0,75; n = -0,15.
Pz= 10·300·0,51·0,30,75·222-0,15·0,83= 224 Н.
Принимаем: Ср= 243; x=0,9; y=0,6; n = -0,3.
Py= 10·243·0,50,9·0,30,6·222-0,3·0,59=73 Н.
Принимаем: Ср= 339; x=1; y=0,5; n = -0,4.
Px= 10·339·0,51·0,30,5·222-0,4·1,39=148 Н.
R = √224²+73²+148² = 278 Н.
Момент сопротивления резанию определяем по формуле 6: Мср = Pz · D/2 [H; М], (6) где D – диаметр заготовки, м; Pz –сила резания, Н. Мср =278·0,05/2=6,95Н·м.
Мощность, затрачиваемую на резание, определяют по формуле 7: Nрез= Pz · v / (60 · 1000), (7) Nрез= 224 · 222 / 60000 =1кВт.
Проверим достаточность мощности привода станка. Обработка возможна, если выполнено условие Nрез < Nшп. Мощность на шпинделе станка Nшп=11 кВт. Следовательно 1кВт<11 кВт. Условие выполнено.
2.2 Расчет сил резания и крутящего момента при фрезеровании
Расчет силы резания и мощности при фрезеровании. Режимы резания при точении: t=1,7 мм; s=0,15 мм/об; v=109 м/мин; n=2900 об/мин.
Сила резания при фрезеровании, формула 8: Pz = (10 · Cp · t^x · S^y · B^u · Z) / (D^q · n^w) · Kмp, (8)
где, Сp – коэффициент для определения силы резания; x, y, u, q, w – показатели степеней для определения силы резания; t – глубина резания (t = 1,7 мм); S – подача(S = 0,15 мм/об); B – ширина фрезерования (B = 14 мм); Z – количество зубьев фрезы (Z = 4); D – диаметр фрезы (D = 14 мм); n – частота вращения шпинделя (n = 2900 об/мин); Kмp – поправочный коэффициент.
По справочным таблицам принимаем (таблица 10): Сp= 12.5; x = 0,85; y = 0,75; u = 1; q = 0.73; w = -0,13; Kмp = 1.18. Pz = 924 Н.
Крутящий момент на шпинделе при фрезеровании определяют по формуле 9: Mкр = (Pz · D) / 2000, [Hм] (9) где D – диаметр фрезы, мм; Pz – сила резания, Н. Mкр = (924 · 95) / 2000 = 44 [Hм].
Мощность резания при фрезеровании, формула 10: Nрез= (Pz · v) / (60 · 1000), (10) где v – скорость резания при фрезеровании (v = 109 м/мин). Nрез= (924 · 109) / 60000 = 1,64 кВт.
Проверим достаточность мощности привода станка. Обработка возможна, если выполнено условие Nрез < Nшп. Следовательно, 1,64 кВт < 9 кВт. Условие выполнено.
НОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «Вал 6»
3.1 Расчет нормы штучно-калькуляционного времени на токарную операцию с ЧПУ.
Исходные данные: Деталь: вал 3. Материал – Сталь 45 гост 1050-2014. Припуски на обработку по наружным цилиндрическим поверхностям и торцам – 2,5 мм на сторону. Точность обработки поверхностей: 9,12,-IT12/2. Шероховатость: Ra 6,3. Заготовка: Прокат горячекатаный IT15. Масса заготовки с учетом припусков – 2,51 кг.
Токарную операцию с ЧПУ будем выполнять за два установа. Способ установки заготовки – в трехкулачковом патрон. Количество деталей в операционной партии n = 35000 штук.
В таблице 4 показаны Способы достижения точности поверхностей детали на токарной операции с ЧПУ.
| № поверхн. | Параметры точности после токарной обработки | Способ достижения требуемой точности | Режимы резания | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Квалитет | Ra, мкм | Глубина резания t, мм | Подача S, мм/мин | ||
| 1 | IT9 | 3,2 | Точение чистовое | 0,3 | 1000 |
| 2 | IT9 | 2.5 | Точение чистовое | 0,3 | 1000 |
| 3 | IT9 | 3,2 | Точение чистовое | 0,3 | 1000 |
Для выполнения операции применяем токарно-винторезный станок с ЧПУ CTX 310. Основные технические характеристики станка: Наибольшие размеры обрабатываемой заготовки: Диаметр – 200 мм над суппортом. Длина – 450 мм. Частота вращения шпинделя, макс. – 5000 об/мин. Скорость быстрых перемещений: Продольных – 5000 мм/мин. Поперечных – 5000 мм/мин. Мощность привода главного движения – 16,5 кВт. Станок CTX 310 оснащён двенадцатипозиционной револьверной головкой. Время поворота револьверной головки на одну позицию Тип = 1,4 с. Время фиксации револьверной головки после поворота в заданную позицию Тиф = 2 с. Модель устройства с ЧПУ – SIEMENS SINUMERIK 840D sl + ShopTurn.
Для выполнения различных переходов обработки используем три резца: два проходных контурных и резьбовой. Размеры инструментов приведены в таблице 5.
| № позиции | Наименование инструмента | Тип инструмента | Материал режущей части | Габариты H×B×L |
|---|---|---|---|---|
| Т01 | Проходной контурный (черновой) | ГОСТ 28980-91 PTGNL 2020K16 | VP15TF | 20×20×125 |
| Т02 | Проходной контурный (чистовой) | ГОСТ 28980-91 SSSCL 2020k12 | wsm10s | 20×20×125 |
Рисунок 1 – Операционный эскиз для токарной операции с ЧПУ
Нормой времени согласно ГОСТ 3.1109-82 называют регламентированное время выполнения некоторого объема работ (операций) в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.
Определение норм времени для токарной обработки на станках с ЧПУ: Норму штучного времени на операцию при работе на станках с ЧПУ находят по формуле 11: Тшт = (Тца + Тв) ∙ (1+ Кtb) (11) где Та — время автоматической основной работы по программе; Тв — время выполнения ручной вспомогательной работы, не перекрываемое временем автоматической работы станка; Кtb=0,81 — поправочный коэффициент на вспомогательное время для учета характера серийности работ; Тоб — время, затрачиваемое на обслуживание рабочего места.
Определим время автоматического цикла работы станка по программе. Расчёт времени Тца является наиболее трудоёмким этапом общего расчёта. Это связано с необходимостью точной привязки траекторий движения инструментов к системе координат детали и определением координат опорных точек. Построение траекторий движения инструментов удобно выполнять в масштабе 1:1 с помощью различных систем CAD, что позволяет точно определить величины реальных размерных перемещений исполнительного органа станка.
| Участок траектории или номер позиций инструментов | Координата по оси Z | Координата по сои Х | Длина i-го участка траектории L, мм | Минутная подача S, мм/мин | Основное время работы станка по программе ТО, мин. | Машино- вспомогательное время Тмв, мин. | Примечания | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Установ А– чистовая обработка поверхностей №1, №2, №3, | 0и | 500 | 500 | — | 4000 | — | 0,055 | Позиционирование в Исходную точку 0 |
| Т01-Т02 | — | — | — | — | — | 0,023 | +0,033=0,047 | Поворот револьверной головки в позицию Т02 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0и-0 | 5 | 0 | 707 | 4000 | — | 0,029 | Позицирование в начальную точку 0 |
| 0-1 | 0 | 19,2 | 19,2 | 300 | — | 0,03 | Позиционирование в точку 1 |
| 1-2 | -1,6 | 20 | 1,6 | 300 | 0,01 | — | Чистовое точение фаски |
| 2-3 | -45 | 20 | 38 | 300 | 0,1 | — | Чистовое точение поверхности №1 |
| 3-4 | -45 | 21,4 | 1,4 | 300 | 0,01 | — | Позиционирование в точку 3 |
| 4-5 | -46,6 | -23 | 1,6 | 300 | 0,01 | — | Чистовое точение фаски |
| 5-6 | -66,1 | -23 | 20,5 | 300 | 0,06 | — | Чистовое точение поверхности №2 |
| 6-7 | -68 | -48 | 1,9 | 300 | 0,01 | — | Чистовое точение фаски |
| 7-8 | -140,4 | -48 | 88,4 | 300 | 0,14 | — | Чистовое точение поверхности №3 |
| Σ= 0,35 | Σ=0,161 |
Время цикла автоматической работы станка по программе Тца = 0,35+0,161= 0,511 мин.