книги / Сборник задач и примеров по технологии машиностроения

ЗАДАЧА № 4

Определить составляющие силы резания Pz (Н), Py (Н), Px (Н) при продольном точении заготовки из указанного материала резцом с пластиной из твердого сплава Т15К6 или Т5К10 с глубиной резания t (мм), подачей S (мм/об) и скоростью резания V (м/мин). Обработка ведется без охлаждения. Резец имеет следующие геометрические параметры (табл. 5): передний угол γ(…°), главный угол в плане φ (…°), радиус закругления при вершине резца r (мм), угол наклона главной режущей кромки λ (…°), допускаемый износ резца по задней поверхности hз (мм).

Таблица 5

Исходные данные к задаче № 4

Окончание табл. 5

Указания к выполнению задачи № 4

При токарной обработке в условиях несвободного резания на резец действует суммарная сила R (рис. 1), которую можно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие:

–Рz – тангенциальная сила;

–Рy – радиальная сила, действующая на механизм поперечной подачи;

–Рх – осевая сила, или сила продольной подачи.

Все эти силы зависят от многих факторов и рассчитываются по эмпирическим формулам:

22

Рх CРx t X Px SYPx KPx V nPx ,

где CРz , CРy , CРx – постоянные коэффициенты, характеризующие свойства обрабатываемого материала и другие факторы; t – глубина

зующие закон изменения составляющих сил резания в зависимости от глубины резания, подачи и скорости резания; KPz , KPy , KPx – попра-

вочныекоэффициенты, учитывающиеконкретныеусловиярезания.

Рис. 1. Схема сил на резце

Общий поправочный коэффициент KP представляет собой произведение ряда коэффициентов KP KMP K P K P K P KrP , учи-

тывающих влияние различных факторов на силу резания.

При вычислении сил поправочные коэффициенты и показатели степеней следует назначать по справочнику [1] и таблицам в прил. 3.

Пример. Определить составляющие силы резания Рz, Py, Px при продольном точении заготовки из углеродистой стали 40 с пределом прочности σв = 650 МПа резцом с пластиной из твердого сплава Т5К10. Глубина резания t = 4 мм; подача S = 0,6 мм/об; скорость резания V = 10 м/мин. Геометрические параметры резца: форма перед-

23

ней поверхности – радиусная с фаской; φ = 60°; φ1 = 10°; α = 8°;

λ = 5°; γ = 10°; r = 1 мм.

Решение. Определяем составляющие силы резания в следующем порядке:

1.Из справочника [1] и табл. П.3.3 выбираем коэффициенты

ипоказатели степеней для заданных условий обработки:

2. Отличие заданных условий обработки от нормативных должно быть учтено при подсчете силы резания путем введения соответствующих поправочных коэффициентов. Поправочные коэффициенты на характеристики механических свойств обрабатываемого материала находим по формуле в табл. П.3.1. Однако поправочные коэффициенты зависят не только от свойств обрабатываемого материала, но и от геометрических параметров резца. Приведенные выше значения коэффициентов CP и показателей степеней XР, YP, nP действительны лишь для точения стали с σв = 750 МПа резцом из твердого сплава с углами φ = 45°, γ = 10°, λ = 0, так как только для этих условий обработки каждый поправочный коэффициент равен единице. Из заданных условий обработки от нормативных отличаются предел прочности стали (σв = 650 МПа), угол φ (60°) и угол λ (5°).

Поэтому для заданных условий обработки нужны следующие поправочные коэффициенты [1]:

на характеристику механических свойств обрабатываемой стали с σв = 650 МПа:

KМPz в /750 nP ; nP 0,75; KМPz 650/750 0,75 0,870,75 0,9;

KМPx ( в /750)nP ; nP 1; KМPx 650/750 0,87;

KМPy в /750 nP ; nP 1,35; KМPy 650 / 750 1,35 0,871,35 0,83;

на главный угол в плане φ = 60°:

K Pz 0,94; K Py 0,77; K Px 1,11;

24

на угол наклона главной режущей кромки λ = +5°:

K Pz 1; K Py 1,25; K Px 0,85.

3. Определяем составляющую силу Pz, имея в виду, что общий поправочный коэффициент KPz KМPz K Pz K Pz :

10 339 4 0,60,5 10 0,4 0,87 1,11 0,85 1308 Н.

25

ЗАДАЧА № 5

Определить мощность Nр, затрачиваемую на резание, возможность обработки заготовки на заданном станке и момент сопротивления резанию Мс.р при продольном точении заготовки диаметром D (мм) со скоростью резания V (м/мин). Заданы следующие параметры: глубина резания t (мм), подача S (мм/об), передний угол резца γ(…°), главный угол в плане φ(…°) (табл. 6).

Таблица 6

Исходные данные к задаче № 5

26

Окончание табл. 6

Указания к выполнению задачи № 5

При продольном точении заготовки мощность (кВт), затрачиваемая на резание, определяется исходя из величины составляющей силы резания Pz:

Nр = (Pz·V)/(60·102),

где Pz – тангенциальная составляющая силы резания, кгс; V – скорость резания, м/мин.

Процесс обработки на данном станке возможен, если выполняется неравенство

Nр ≤ Nэф,

где Nэф – эффективная мощность резания,

Nэф = Nдв·η,

где η – КПД станка, %; Nдв – мощность двигателя главного привода станка, кВт.

27

Момент сопротивлениярезанию (Н·м) определяетсяпо формуле:

Мс.р = Pz·D/2,

где D – диаметр заготовки, мм.

При решении задачи № 5 рекомендуется использовать литера-

туру [1, 8] и прил. 3, 4.

Пример. Определить с помощью нормативов режимов резания мощность, затрачиваемую на резание, при обтачивании резцом из твердого сплава заготовки из стали 40Х с пределом прочности σв = = 700 МПа. Режим резания: t = 3,8 мм; S = 0,7 мм/об; V = 105 м/мин. Геометрические параметры резца: φ = 45°; γ = +10°.

Диаметр заготовки D = 70 мм. Обработка ведется на токарновинторезном станке 16К20. Установить возможность обработки на данном станке. Вычислить момент сопротивления резанию.

Решение. I. Определить Nр и возможность обработки заготовки на данном станке можно двумя способами.

Способ первый:

1. По нормативам [8] определяем мощность, затрачиваемую на резание. Для предела прочности σв = 59…97 кгс/мм2; глубины резания t до 4 мм; подачи S до 0,75 мм/об и скорости резания

V≈ 105 м/мин табличная мощность Nтаб = 7 кВт.

2.Для заданных геометрических параметров резца поправоч-

ный коэффициент на мощность KN = 1 [8]. Следовательно, Nр = Nтаб =

=7 кВт.

3.Определяем эффективную мощность (кВт) по формуле Nэф =

=Nдв·η. По паспортным данным станка 16К20 (прил. 4) мощность электродвигателя Nдв = 10 кВт, а КПД η = 0,75. Следовательно, Nэф =

=10·0,75 = 7,5 кВт.

4.Резание возможно при условии Nр ≤ Nэф. В данном случае это условие выполняется, т.е. обработка возможна.

Способ второй:

1.По справочнику [1] и прил. 3 (табл. П.3.3) выбираем коэффи-

циенты: СPz 300; X Pz 1;YPz 0,75; nPz 0,15; K Pz 1; K Pz 1;

K Pz 1; KrPz 0,93. Находим силу Pz:

28

Pz 10 CPz t X Рz SYРz V nPz K Pz K Pz K Pz KrPz

10 300 3,8 0,70,75 105–0,15 1 1 1 0,93 4156 Н 415,6 кгс . 2. Мощность, затрачиваемая на резание,

Nр (Pz V ) / 60 102 415,6 105 / 60 102 7,13 кВт.

3.Эффективная мощность станка 16К20 Nэф = 10·0,75 = 7,5 кВт.

4.Обработка на данном станке возможна, так как Nр ≤ Nэф

(7,13 < 7,5).

II. Вычисляем момент сопротивления резанию:

Мс.р Pz D/2 4156 702 10–3 145,5 Н м.

29

ЗАДАЧА № 6

Определить скорость резания V и частоту вращения шпинделя станка n, допускаемые режущими свойствами резца, при наружном точении заготовки диаметром D (мм). Заданы следующие параметры: глубина резания t (мм), подача S (мм/об), стойкость резца Т (мин), сечение державки резца В×Н (мм), радиус закругления вершины резца r (мм), углы φ; φ1 (табл. 7).

Указания к выполнению задачи № 6

Скорость резания определяется в зависимости от обрабатываемого материала, вида заготовки, условий обработки, а также от материала режущей части резца, его параметров. По найденной скорости затем определяется частота вращения шпинделя станка.

Скорость резания (м/мин), допускаемая режущими свойствами инструментов, определяется по эмпирической формуле:

V (CV / (t XV SYV T mV )) KV ,

где CV – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условия обработки; t – глубина резания, мм; S – подача, мм/об; Т – период стойкости резца, мин; XV, YV – показатели степеней, характеризующие закон изменения скорости резания в зависимости от глубины резания и подачи; mV – показатель относительной стойкости резца; KV – поправочный коэффициент,

KV KMV KпV KиV K V K 1V KrV ,

где KМV – коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала; KпV – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки; KиV – коэффициент, учитывающий материал инструмента; KφV – коэффициент, учитывающий величину главного угла в плане; K 1V – коэффициент, учитывающий величину

вспомогательного угла в плане; KrV – коэффициент, учитывающий величину радиуса закругления при вершине резца.

30