Категория: Разное

Режимы точения на токарном станке: Режимы резания при токарной обработке: расчет и выбор

   29.03.2023  Комментировать

Содержание

Режимы резания при токарной обработке на станках с ЧПУ

Вы уже пересмотрели кучу информации на тему расчёта режимов резания при точении? Видели эти научные труды, непонятные формулы и огромные таблицы? Да, конечно, режимы резания при точении не самая простая тема, но и не самая сложная. В данной статье мы не будем объяснять ненужные новичку нюансы и сконцентрируемся на самом главном, для того чтобы вы могли как можно быстрее приступить к работе, но при этом не сломать режущий инструмент.

Режимы резания для токарного ЧПУ станка и универсального станка любительского класса конечно будут отличаться. В этой статье вы найдете полезную информацию для обоих случаев. Мы рассмотрим следующие вопросы:

  • Влияние конструкции станка на выбор режимов резания при точении
  • Типовые токарные резцы и особенности работы с ними
  • Какие параметры входят в режимы резания при токарной обработке
  • Пример расчёта режима резания при точении

Влияние конструкции станка на выбор режимов резания при точении.

Режимы резания при токарной обработке назначаются исходя из принципа: не слишком мало, чтобы резец мог резать и не зализывать материал, но и не слишком много, чтобы не перегрузить станок и сам резец. Ключевым параметром является вес станка и как следствие его жёсткость. Чтобы не вдаваться сильно в теорию, просто приведу несколько примеров:

1. Советский токарный станок ДИП-300 (вес 4200 кг, мощность привода 14 кВт)

На данном оборудовании можно снимать практически любой слой материала при любой подаче – станок не почувствует разницы. В данном случае режимы резания на токарном станке будут ограничены только используемым инструментом (резцом). При использовании правильного резца данный станок может спокойно снимать с заготовки за один проход 5 мм на сторону (10 мм на диаметр)

2. Китайский токарный станок WM-210 (вес 68 кг, мощность привода 0.85 кВт)

Назначение режимов резания при точении на данном станке должно быть максимально гуманным. Его малый вес, мощность, а также малое сечение зажимаемых резцов (всего 10х10мм) свидетельствует о том, что он предназначен для “нежного поглаживания” заготовки с максимальным съёмом за один проход не более 0.5 мм на сторону (1 мм на диаметр).

3. Токарный станок с ЧПУ TAKISAWA LA-250 (вес 6200 кг, мощность привода 15 кВт)

Режимы резания при токарной обработке на станках с ЧПУ как правило всегда выше, так как большинство станков такого класса оснащены мощной системой подачи СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости), а также высоко оборотистыми шпинделями. Как правило обороты повышаются в 1.5 – 2 раза в сравнении с универсальными станками, при прочих равных параметрах.

Типовые токарные резцы и особенности работы с ними.

Расчёт режимов резания при точении будет зависеть не только от типа используемого оборудования, но и от режущего инструмента, устанавливаемого на станок.

Проходной резец:

Проходные резцы предназначены для обработки наружных поверхностей и подрезки торцов. Данные резцы обладают наибольшей жёсткостью и хорошо работают на высоких скоростях и подачах. Однако есть некоторая особенность, которую можно увидеть на рисунке. Резец с более тупым углом при вершине одинаково хорошо обрабатывает как торцы, так и наружные поверхности, а резец с более острым углом плохо показывает себя на подрезке торца, но при этом в состоянии выполнять поднутрения. Чем более тупой угол при вершине резца (90 и 80 градусов) тем на больших подачах сможет работать такой резец, в то время как для более острых резцов (55 и 35 градусов) подачу необходимо немного уменьшать, так как присутствует вероятность скалывания вершины резца при высокой силе резания.

Канавочный или отрезной резец:

Резец с данной державкой может быть, как канавочным так и отрезным. Это будет зависеть от устанавливаемой пластины. Пластина с прямой режущей кромкой (нейтральная) больше подходит для обработки канавок, в то время как пластины с небольшим углом скоса (3-5 градуса), лучше подойдут для отрезки. Данные резцы хорошо режут вперед, но плохо работают при боковых нагрузках из-за недостаточной жёсткости. Ими допускается работать продольно, но только с небольшим съёмом материала, основное удаление припуска должно осуществляться поперечным движением к оси вращения детали. Режимы резания при точении таким резцом как правило немного меньше, чем при работе проходным резцом.

Расточной резец:

Расточной резец предназначен для обработки отверстий после предварительного рассверливания. Он может быть достаточно жёстким и может работать также эффективно, как и проходной резец, если его вылет из державки не превышает двух его диаметров. Но зачастую требуется растачивать более глубокие отверстия и в таком случае жёсткость резца снижается, а вместе с ней занижаются и режимы резания. При значительных вылетах резца (более 8 диаметров), обработка стали может стать невыполнимой, без применения специальных антивибрационных державок, наподобие этих «ссылка»

Какие параметры входят в режимы резания при токарной обработке.

Для лучшего понимания рассмотрим рисунок:

Расчёт режимов резания при токарной обработке будет состоять из определения трёх параметров, представленных на рисунке:

1. Скорость резания (

V) или обороты (S).

Почему или? Потому что современные ЧПУ станки в состоянии работать с поддержанием постоянной скорости резания. То есть нам не обязательно вычислять обороты, а можно указать рекомендуемую скорость резания для того или иного материала и станок сам будет изменять обороты в процессе резания. При движении резца к оси вращения заготовки обороты будут расти, а при отходе на более крупный диаметр уменьшаться. При этом скорость движения режущей кромки относительно поверхности будет постоянной. Традиционно скорость резания измеряется в метрах в минуту. Ниже приведем рекомендуемые скорости резания, подобранные опытным путем:

Для резцов с напайками из ВК8, Т15К6:

  • Цветные металлы 120-160 м/мин
  • Стали 60-100 м/мин

Для резцов со сменными твердосплавными пластинками:

  • Цветные металлы 180-220 м/мин
  • Стали 120-160 м/мин

Для перевода рекомендуемой скорости резания в обороты применяют формулу:

 S = V x 1000 / 3. 14 x D

где:

S – обороты шпинделя (об/мин)

V – скорость резания (м/мин)

D – диаметр обработки (мм)

2. Величина съёма (P).

Определение режимов резания при точении подразумевает выбор глубины врезания резцом, или другими словами, величины съёма на сторону (на радиус). Данная величина будет зависеть от многих факторов:

  • Жесткость станка. Чем тяжелее и соответственно жестче станок, тем больший слой материала допустимо на нем срезать. Усреднено можно снимать по 2 мм за проход. Для слабых и настольных станков этот параметр принимается 0.5-1 мм, в то время как для более тяжёлых и мощных допустимо 3-5 мм.
  • Желаемое качество поверхности
    . Если есть необходимость получить хорошую поверхность с низкой шероховатостью, то на чистовой проход оставляют 0.1-0.5 мм на сторону. Для черновых обработок параметр выбирается исходя из жёсткости станка и возможностей резца.
  • Тип резца. Нельзя расточным резцом срезать такой же большой слой, как проходным резцом. Расточные резцы обладают невысокой жёсткостью и при увеличении съёма начинают вибрировать и звенеть. Как правило при расточке речь идёт о 0.5 – 1 мм на сторону, а при особо больших вылетах резца и его малой жёсткости 0.1 – 0.2 мм. Подбирается опытным путем, по звуку. Резец должен издавать ровный и приятный звук, но ни в коем случае не звон или дребезг.
  • Геометрия режущей кромки. Чем более тупой угол заточки резца (пластины) и крупнее радиус при вершине (R 0.8 – 1.2) тем больший слой можно срезать данным резцом. Резцы с острой заточкой и малыми радиусами (R 0.2- 0.4) не любят больших съёмов и как правило скалываются. Их применяют на чистовых операциях, где съём как правило не превышает 0.5 мм.

 3. Подача (F).

В расчёт режимов резания при точении входит и параметр подачи. Это величина, на которую резец продвигается в материал за один оборот, проще говоря толщина стружки. Действуют все те же правила, что и при выборе величины съёма. Единственное, на что стоит обратить внимание, это недопустимость чрезмерного снижения подачи. При малой подаче режущая кромка резца перестает резать материал, а начинает его зализывать (давить), в результате чего происходит резкий нагрев режущей кромки и её скалывание.

Рекомендуемые диапазоны выбора подач, при различных операциях обработки:

  • Подрезка торца                                0.08 – 0.12 мм/об
  • Наружная обработка черновая       0.12 – 0.2 мм/об
  • Наружная обработка чистовая       0.08 – 0.15 мм/об
  • Расточка жёстким резцом               0.1 – 0.16 мм/об
  • Расточка слабым резцом                0.06 – 0.1 мм/об
  • Обработка канавок                          0.05 – 0.1 мм/об
  • Отрезка                                             0.03 – 0.06 мм/об

Соответственно, если жесткость станка, требуемое качество поверхности, тип резца и геометрия режущей кромки позволяют, то подачу можно выбирать ближе к максимальной. Если же условия резания затруднены какими-либо факторами, то подачу следует выбирать ближе к нижним значениям.

Отдельно следует отметить выбор режимов резания при точении длинных заготовок без подпора центром задней бабки. Максимальный допустимый вылет детали из кулачков составляет 3-4 диаметра, при этом значения съёма и подачи нужно максимально уменьшать. Обрабатывать заготовки с вылетом более 4-5 диаметров без задней бабки рискованно и опасно.

Пример расчета режима резания при точении.

Исходные данные:

– станок 16К20

– необходимо проточить наружный диаметр с 44 мм до 40 мм на длину 60 мм с получением параметра шероховатости Ra 1.6

– импортным проходным резцом с углом в плане 80 градусов и радиусом при вершине 0.6 мм

– обрабатываемый материал: сталь

Пояснения:

1. Применяемый станок мощный и жесткий и не накладывает ограничений на подачу и величину съёма. Но он является универсальным и малооборотистым, со ступенчатым переключением оборотов коробкой скоростей с диапазонами: 12. 5; 16; 20; 25; 31.5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000. Характеристики станка можно посмотреть здесь: токарный станок 16К20. Используемый резец импортный, с большим углом при вершине и не самым маленьким радиусом, что тоже позволяет выбирать режимы из верхних диапазонов. Попробуем подставить рекомендуемую скорость резания для обработки стали импортным резцом в формулу и посчитать обороты:

 S = 140 x 1000 / 3.14 x 44 = 1013 об.мин

Поскольку станок с открытой рабочей зоной, слабой подачей СОЖ и гремящей коробкой скоростей, немного занизим полученное значение до 800 об/мин, оно и будет оптимальным.

2. Довольно-таки высокий параметр шероховатости говорит нам о необходимости применения чистового прохода, несмотря на то, что удалить необходимый материал мы можем за один проход. Срезаемый слой материала на стонону составляет 2 мм, а под чистовой проход мы оставим 0.3 мм на сторону. Значит на черновом проходе мы будем снимать 1. 7 мм, а на чистовом проходе 0.3 мм на сторону.

3. Подачу выберем из наших рекомендаций близкой к максимальным значениям, так как станок и инструмент позволяют нам это сделать. Доступные диапазоны для станка 16К20: 0,05; 0,06; 0,075; 0,09; 0,1; 0,125; 0,15; 0,175; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4;0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 2; 2,4; 2,8.

 

На черновой проход примем F = 0.175 мм/об, а на чистовой (для получения хорошей чистоты поверхности) возьмём F = 0.1 или 0.125 (подбирается экспериментально).

Результат расчёта режимов резания:

Обороты шпинделя:             S = 800 об/мин

Величина съёма:                  P = 1.7 + 0.3 мм

Черновая подача:                 F = 0.175 мм/об

Чистовая подача:                 F = 0.1 – 0.125 мм/об          

Скорость резания при токарной обработке и ее влияние на шероховатость детали

Главная / ЧПУ станок / Обработка резанием / Скорость резания при токарной обработке и ее влияние на шероховатость детали

Скорость резания при токарной обработке зависит от принятой стойкости его, материала обрабатываемой детали, материала резца, его углов, формы и размеров, подачи, глубины резания, охлаждения и других факторов.

При уменьшении стойкости материала заготовки, скорость резания, допустимая резцом, незначительно повышается. К примеру, если при стойкости быстрорежущего резца, равной 90 мин, возможна скорость резания 15 м/мин, то при тех же прочих условиях работы токарного резца, но при стойкости 20 мин возможна скорость резания 18 м/мин. Более наглядна, однако, обратная зависимость, т. е. стойкости от скорости резания на токарном станке. Стойкость токарного резца при увеличении скорости резания быстро уменьшается. Так, например, если быстрорежущий резец, работающий на скорости резания 15 м/мин, затупляется через 90 мин после начала токарной обработки, то тот же резец при той же глубине резания и подаче, но при скорости резания 18 м/мин затупится через 20 мин.

Большое влияние на скорость резания при токарной обработке оказывают механические свойства обрабатываемого металла. Чем тверже металл заготовки, тем больше должна быть сила, отделяющая от него стружку, тем больше сила трения ее о переднюю поверхность резца, тем выше температура, поступающая в резец и ускоряющая его износ.

Скорость резания на токарном станке и стружка

Стружка, образующаяся при обработке твердых металлов, давит на небольшой участок передней поверхности резца (рис. 1, б), вследствие чего теплота резания поступает главным образом в часть головки резца, близкую к его режущей кромке. Стружка, которая получается при точении мягких и вязких металлов, опирается (рис. 1, в) на сравнительно больший участок передней поверхности токарного резца, это обеспечивает хорошее поглощение теплоты резания частью головки резца, удаленной от режущей кромки.

Поэтому, скорость резания при обработке используя токарный станок сравнительно мягкого металла может быть выше, чем при твердой.

Стружка надлома, образующаяся при обработке хрупких металлов, давит (рис. 1, г) на переднюю поверхность токарного резца у самой режущей кромки. В данном случае резец больше изнашивается от истирающего воздействия стружки, чем от влияния теплоты резания. Это относится особенно к обработке корки чугунных деталей, т. е. поверхностного слоя отливки, в котором всегда имеются частицы песка, истирающие переднюю поверхность резца при токарной обработке и затрудняющие отвод тепла.

Рис. 1. Виды стружки: а, б, в – стружка скалывания; г – стружка надлома

Влияние скорости токарной обработки на шероховатость поверхности

В отличии от одноосного нагружения испытуемых стальных образцов на разрывных машинах и определения характера разрушения (определения доли хрупкого или вязкого разрушения) по фрактограмам, даже сверхвысокое увеличение фрагментов обработанной резанием поверхности не позволяет дать однозначный ответ, поскольку радиус закругления вершины резца отчасти «сглаживает» на обработанной поверхности заготовки фрагменты разрушения металла активной частью главной режущей кромкой.

При помощи электронного микроскопа Versa 3D удалось провести визуальное наблюдение и сравнение зон деформаций под обработанной поверхностью на различных скоростях резания при токарной обработке (рис. 2 – 5).

Рис. 2. Зона деформации под обработанной поверхностью на скорости резания V=10 м/мин (увеличение 25000 раз). Rа = 6 мкм

На рисунках 2 – 4 чётко просматривается тонкие прослойки деформированного слоя металла размером в несколько микрометров, с уменьшающейся степенью деформации зёрен по мере углубления в матричный слой. Деформационное состояние этого тонкого слоя металла в зоне А на участке 3 формирует «деформационную» составляющую высоты микронеровности обработанной поверхности. Свой вклад в интегральное значение Rz или Ra вносит геометрия инструмента, состояние его рабочих поверхностей, уровень вибрации, условия резания. Технические возможности микроскопа Versa 3D позволяют оценить выборочно степень деформации зёрен стали под обработанной поверхностью.

Рис. 3. Зона деформации под обработанной поверхностью на скорости резания V=30 м/мин (увеличение 25000 раз). Rа = 2 мкм

Для примера её количественное значение для данных условий эксперимента, полученное путем измерения недеформированных зёрен в матричном слое металла с размером зерна в зоне деформации, лежит в интервале 5 – 10 единиц. Размеры зёрен проставлены на рисунках справа.

В результате визуального анализа снимков (рисунки 2 – 4) зон деформации стали 14Х17Н2 под обработанной поверхностью на различных скоростях резания при токарной обработке можно сделать следующие выводы.

Первое. Для данных режимов обработки (t = 1 мм, S = 0,11 мм/об) и трёх значениях скорости резания просматривается различная глубина зоны деформации. При скорости резания 10 м/мин (рис. 2) она составляет 4,22 мкм, на скорости резания 30 м/мин () её значение равно 2,741 мкм, на скорости резания 40 м/мин – 3,186 мкм (рис. 4).

Второе. Значения глубины зоны деформации стали под обработанной поверхностью, измеренной в одном и том же сечении, повторяют характер изменения величины шероховатости поверхности детали (см. “Как скорость резания токарного станка влияет на шероховатость поверхности детали“, рис. 2.) от скорости резания.

Рис. 4. Зона деформации под обработанной поверхностью на скорости резания V=40 м/мин (увеличение 25000 раз). Rа = 3 мкм.

В свою очередь, глубина зоны деформации под обработанной поверхностью на различных скоростях резания является следствием воздействия различного уровня нормальных и касательных напряжений. В таком случае, следует ожидать, что характер изменения сил резания в исследуемом диапазоне скоростей должен соответствовать виду зависимости шероховатости поверхности детали от скорости резания при токарной обработке. Эксперименты по измерению составляющих силы резания при обработке стали 14Х17Н2 резцом ТТ7К12 в диапазоне скоростей 10 – 100 м/мин ( t=1 мм, S=0,11 мм/об ) подтвердили эти предположения (см. “Сила резания при токарной обработке нержавеющей стали“, рис. 3).

Рассматривая особенности контактных процессов при токарной обработке коррозионностойких сталей с механизмом формирования высоты микронеровностей обработанной поверхности в низком скоростном диапазоне (10 – 30 м/мин) следует предположить, что деформационная составляющая высоты микронеровностей (механизм лезвийного разрушения металла при резании) взаимосвязана с глубиной деформированного слоя под обработанной поверхностью и величиной касательных напряжений на участке 3 режущего лезвия (см. “Шероховатость обработки поверхностей на токарном станке,” зона А, рис. 3), т.е. со значением составляющих силы резания Py и Px.

Механизм формирования микронеровностей во втором (высоком) скоростном диапазоне (30 – 100 м/мин) связан с увеличивающейся теплопроводностью этих сталей, точнее с изменением отношения λи/λст. Это отношение определяет долю (процентное отношение) хрупкого или вязкого разрушения в предложенной модели механизма формирования высоты микронеровности (см. “Шероховатость обработки поверхностей на токарном станке“, зона А, рис. 2) во взаимосвязи с температурной прочностью сталей. На рис. 5 приведены зависимости коэффициента теплопроводности и прочности стали 14Х17Н2 от температуры по данным справочника “Марочник сталей и сплавов” Зубченко А.С.

Рис. 5. Зависимость коэффициента теплопроводности и прочности стали 14Х17Н2 от температуры по данным справочника “Марочник сталей и сплавов” Зубченко А. С.

Характер графических зависимостей (рис. 5) объясняет увеличение параметра шероховатости поверхности детали при увеличении скорости резания от 30 м/мин до 100 м/мин во втором диапазоне, что на первый взгляд кажется «парадоксом». Это не парадокс, а особенность изменения коэффициента теплопроводности коррозионностойких сталей от температуры. В момент увеличения скорости резания при токарной обработке во втором скоростном диапазоне увеличивается температура в зоне резания, но одновременно с этим, по причине увеличения коэффициента теплопроводности, увеличивается отток тепла из зоны резания, (см. “Шероховатость обработки поверхностей на токарном станке“, зона А, рис. 3), что способствует повышению температурной прочности стали и увеличивает долю хрупкого разрушения в механизме формирования микронеровности обработанной поверхности.

Это согласуется с металловедческим аспектом Гуляева А.П. “Металловедение”, об изменении температурного интервала характера разрушения (порога хладноломкости нержавеющих сталей, имеющих объёмноцентрированную кубическую или гексогональную решётку, когда вязкое разрушение при высокой температуре сменяется хрупким.

Теплостойкость резца и скорость резания при токарной обработки

Главнейшим свойством материала резца, влияющим на скорость резания, является его «теплостойкость», т. е. способность сохранять необходимую твердость при нагреве теплотой резания.

Углы и другие элементы резца влияют на скорость резания следующим образом. При сравнительно небольшом угле резания стружка давит на переднюю поверхность резца с меньшей силой, чем при большем угле. Это способствует понижению выделяющейся теплоты и обеспечивает возможность повышения скорости резания. Но одновременно с уменьшением угла резания уменьшается и угол заострения резца, что приводит к понижению теплоотводящей способности резца и его прочности.

С уменьшением главного угла в плане скорость резания при токарной обработке, допускаемая резцом, увеличивается. Это объясняется тем, что одновременно с уменьшением главного угла в плане (при тех же глубине резания и подаче) увеличивается ширина среза, что обусловливает увеличение длины работающего участка режущей кромки резца и улучшает поглощение им теплоты резания. Однако с уменьшением главного угла в плане возрастает радиальная сила резания, что может вызвать вибрации, ускоряющие разрушение режущей кромки резца.

Увеличение радиуса закругления вершины резца способствует увеличению скорости резания, так как повышает теплоотводящую способность резца. Увеличение поперечного сечения резца способствует повышению допустимой им скорости резания, так как при этом возрастает способность резца поглощать теплоту резания.

Изменение толщины и ширины среза при неизменном его сечении по-разному влияет на скорость резания. При увеличении толщины среза и соответственном уменьшении его ширины, т. е. и длины работающего участка режущей кромки, ухудшаются условия поглощения теплоты резания резцом, его стойкость понижается. Наоборот, при увеличении ширины среза в резании участвует более длинный участок режущей кромки резца, что повышает его стойкость. Из сказанного вытекает, что для повышения скорости резания выгодно работать с тонкими и широкими стружками. Это может быть достигнуто без изменения сечения среза уменьшением подачи и соответствующим увеличением глубины резания или уменьшением главного угла в плане. Применение первого способа ограничивается припуском на обработку, а второго — вибрациями, возникающими вследствие увеличения радиальной силы резания.

Правильное применение охлаждения дает возможность повысить скорость резания при токарной обработке. Если жидкость поступает к месту образования стружки непрерывной струей в количестве 10—15 л/мин, то при обработке быстрорежущим резцом стали скорость резания может быть повышена в среднем на 20—25%, а при обработке чугуна — на 10—15%. Меньшее повышение скорости резания при обработке чугуна объясняется тем, что в данном случае основной причиной износа резца является его истирание, а не температура резания.

Статьи по станкам ЧПУ

Более 1000 статей о станках и инструментах, методах обработки металлов на станках с ЧПУ.

Предыдущая статья

Следующая статья

Режим поворота радиус/диаметр | Хобби-машинист

Scorn64
Зарегистрировано