Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Некоторые вопросы нормирования режимов резания

#6 июнь 2004
автор: Даниленко Б. Д.

Научные работы кафедры по нормированию режимов резания

Канд. техн. наук, доц. Б.Д.Даниленко

 

Некоторые вопросы нормирования режимов резания.

 

Для снижения затрат при обработке изделий на металлорежущем оборудовании, роста производительности труда, экономии дефицитных инструментальных материалов, повышения точности и качества поверхности изделий необходимы обоснованный выбор и назначение оптимальных режимов резания для конкретного технологического процесса.

Такой выбор может успешно осуществляться при наличии технически и экономически обоснованных нормативов режимов резания. Под термином "режимы резания" понимается совокупность числовых значений припуска на обработку, подачи, скорости резания, стойкости, а также силы резания, мощности и других параметров рабочего процесса, от которых зависят его технико-экономические показатели. Режимные параметры считаются рациональными, если они позволяют получать эти показатели на достаточно высоком требуемом уровне.

За всю историю существования кафедры МТ2 МГТУ им.Н.Э.Баумана ее сотрудники активно участвовали в разработке нормативов режимов резания и создании различных рекомендаций по выбору режимов. Начало этим работам было положено образованием в 1935 г. "Комиссии по резанию металлов", действовавшей сначала при техническом совете НКТП, а впоследствии при Министерстве станкостроения СССР. В работе Комиссии принимали непосредственное и активное участие многие сотрудники кафедры.

Под руководством "Комиссии по резанию металлов" в течении 5 лет были проведены экспериментальные исследования процесса резания практически для всех видов металлорежущего инструмента и по всем основным металлам, применяемым в машиностроении. В работе Комиссии отдельные направления возглавлялись Г.И.Грановским (разработка нормативов режимов резания по резьбонарезанию), П.П.Грудовым и Е.К.Зверевым (нормативы по точению быстрорежущими и твердосплавными резцами), М.Н.Лариным (нормативы по фрезерованию). На основании проведенных экспериментов, число которых превысило 120000, были установлены стойкостные и силовые зависимости для всех основных видов режущих инструментов и основных обрабатываемых материалов.

Эти работы явились единственными в мире как по разнообразию примененных инструментальных и обрабатываемых материалов, так и по методике их проведения и целеустремленности. Кроме того, результаты исследований были сопоставимы, поскольку все они проводились по единому плану и общей методике.

Следует отметить, что все нормативы по способу получения использованных в них данных можно разделить на две группы:

а) нормативы, базирующиеся на лабораторных и промышленных исследованиях;

б) нормативы, базирующиеся на обработке большого числа промышленных данных, полученных в реальных производственных условиях.

Нормативы, созданные на базе работ "Комиссии по резанию металлов", относятся к первой группе.

В нормативах, изданных "Комиссией по резанию металлов", приводились полученные математические зависимости, значения коэффициентов и показателей степеней в этих зависимостях, а также карты-таблицы для выбора режима резания. Основными критериями оптимальных режимов резания при выполнении заданных параметров качества и точности обработки в этих нормативах служили стоимость обработки и производительность. При этом устанавливались так называемые экономическая стойкость и стойкость наибольшей производительности. Таким образом, в основу нормативов были положены экспериментально установленные зависимости, а суть составления нормативов заключалась в решении этих уравнений с последующим заполнением нормативных таблиц расчетными значениями, предварительно задавшись конкретными значениями подач, глубин резания, стойкостью инструмента и свойствами обрабатываемого материала.

Основные положения методики, которая была использована "Комиссией по резанию металлов" при проведении экспериментальных исследований заключались в следующем:

1) из всех факторов искомой зависимости экспериментальным изменениям подвергается один, тогда как остальные поддерживаются постоянными, т.е. использовалась методика однофакторного эксперимента;

2) исследуемые факторы параметра режима располагались в одной и той же определенной последовательности;

3) испытания инструмента проводились до полного его затупления;

4) обработка опытных данных проводилась в двойной логарифмической системе координат.

При этом в большинстве случаев придерживались следующей последовательности проведения экспериментов:

1. Установление оптимальной геометрии инструмента при постоянных режимах резания и определенной очередности исследуемых геометрических параметров.

2. Установление зависимостей стойкости инструмента от подачи и глубины резания при постоянной скорости резания и оптимальной геометрии инструмента.

3. Установление зависимостей стойкости инструмента от скорости резания при постоянных глубине резания, подаче и оптимальной геометрии.

Математическая обработка установленных зависимостей позволяла получить стойкостную зависимость в виде:

,

затем переходили к зависимости вида:

,

которая и использовалась для расчета нормативных таблиц.

Общемашиностроительные нормативы режимов резания, издаваемые после 1941 г., включали в себя параметры, которые в большей части были получены "Комиссией по резанию металлов" в 1935-1941 гг., и в дальнейшем по существу перепечатывались с внесением различных поправок, зачастую, необоснованных.

В Общемашиностроительных нормативах, издаваемых в 50-е и 60-е годы не были в достаточной мере отражены ни изменившиеся свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, ни изменения парка и стоимости станков и инструментов, ни повышений требований к точности обрабатываемых поверхностей. Кроме того, в эти годы более широкое распространение стали получать различные виды автоматизированного оборудования, что накладывало свой отпечаток на подходы к выбору оптимальных режимов резания. В 60-е и 70-е годы появились новые данные о вероятностном характере стойкости, полученные с помощью применения вероятностных и статистических методов математической теории надежности. Эти изменения также не отражались в публикуемой нормативной документации.

В связи с вышеизложенным в конце 70-х годов перед ГСПКТБ "Оргприминструмент" при ВНИИ Министерством станкостроительной и инструментальной промышленности СССР была поставлена задача разработки новых нормативов режимов резания.

Эта работа выполнялась при научном руководстве и непосредственном участии проф. Г.И.Грановского. Коллективом авторов во главе с Г.И.Грановским была разработана и опубликована методика экспериментальных исследований по определению исходных данных для разработки новых общемашиностроительных нормативов. От кафедры МТ2 в работе по подготовке методики принимали участие также Б.Д.Даниленко, А.Е.Древаль, Е.К.Зверев, В.Ю.Малышко, В.П.Покровский.

В указанной методике в первой части были сформулированы основные общие положения по проведению экспериментов, которые, в том числе, включали в себя:

1) основные цели и методические требования к экспериментальным исследованиям;

2) методики измерения износа инструмента, составляющих силы резания и температуры;

3) методы планирования экспериментальных исследований, установления количества опытных точек и диапазонов значений исследуемых параметров, методы графической обработки результатов эксперимента и аппроксимации экспериментальных данных;

4) описание критериев эксплуатационной годности инструментов, видов математических моделей, использованных для разработки на их основе нормативов и оптимизации режимов резания;

5) принципы использования литературных и производственных данных.

На основе общих методических положений каждым исполнителем были разработаны частные методики проведения экспериментальных исследований по отдельным видам обработки, в которых подробно указывались:

1) обрабатываемые материалы с указанием их марок, химического состава, структурного состояния и способы контроля указанных параметров;

2) типы и конструкции экспериментальных инструментов, их инструментальный материал и методы контрольных измерений геометрических параметров инструментов;

3) характеристика и методы контрольных испытаний оборудования для экспериментальных исследований;

4) конкретные методы измерения износа, принятые критерии затупления и способы обработки кривых износа;

5) выбор и назначение СОТС, а также другие условия эксперимента, характерные для данного вида обработки.

Подготовка частных методик, выполненная сотрудниками кафедры, потребовала глубокого изучения состояния вопроса, а также специальных теоретических и экспериментальных разработок.

Форма представления нормативных данных в новых Общемашиностроительных нормативах должна была по возможности устранить те недостатки, которые были присущи нормативам старого образца. Такими недостатками нормативных данных старого образца, прежде всего, являлись:

1) нормативы не позволяли выбрать режим резания, исходя из конкретных условий или критериев оптимизации операции (производительность, заданный расход инструмента, выработка за период стойкости и др.);

2) рассчитанные или выбранные режимы чаще всего приходилось корректировать по паспортным данным оборудования;

3) в качестве критерия эксплуатационной годности инструментов и характеристики режущих свойств использовалась только стойкость инструмента, выраженная в минутах машинного времени;

4) большинство нормативов были предназначены для выбора режима резания при работе на универсальном оборудовании в диапазоне средних и интенсивных режимов резания, и не учитывали сложный характер стойкостных зависимостей в широком диапазоне изменения режима, характерного для автоматизированного производства;

5) в нормативах старого образца не учитывался вероятностный характер стойкости и не отражались вопросы надежности режущего инструмента.

На трех последних недостатках следует остановиться более подробно, т.к. сотрудниками кафедры МТ2 по этим вопросам были проведены специальные исследования.

Прежде всего следует сказать о работах в области обоснования оптимальных критериев эксплуатационной годности режущих инструментов.

Если стойкостные зависимости  носят сложный и, в частности, экстремальный характер, то скорости резания, где на кривых  имеется максимум, считаются оптимальными и рекомендуются для использования при работе данными инструментами.

Однако, стойкость, выраженная в минутах машинного времени, не является достаточно надежным показателем работы режущего инструмента, поскольку снижение режимов обработки приводит к увеличению стойкости инструмента, в то время как суммарная работа, выполненная инструментом за период стойкости, может сокращаться. Справедливость такого утверждения хорошо иллюстрируется сравнением значений T и L в таблице 1 при использовании различных режимов. Поэтому работу, выполненную инструментом, правильнее характеризовать так называемой наработкой, выраженной в количестве обработанных деталей, числом просверленных отверстий, площадью обработанной поверхности и т.п. Эти параметры характеризуются зависимостями, в состав которых входит выражение (VT), т.е. произведение скорость-стойкость. Так, например, объем металла, снятого при точении с обрабатываемой детали, можно подсчитать по формуле:

, ,

а общую условную длину отверстия, обработанного осевыми инструментами – по формуле:

, мм

 

Таблица 1.

СВЕРЛО

спиральное ГОСТ 10903-77, 12121-77, 2092-77, 4010-77, 10902-77,

12122-77, 886-77 классов точности В1 и В ГОСТ 2034-80Е

МАТЕРИАЛ ОБРАБАТЫВАЕМЫЙ

сталь углеродистая качественная конструкционная ГОСТ 1050-74 НВ 190…215

МАТЕРИАЛ ИНСТРУМЕНТА

сталь инструментальная быстрорежущая марки Р6М5 ГОСТ 19265-73

2j = 120°

w = 30°

a = 12°

hз = 0,6 мм

форма заточки, Н

СОЖ НГЛ-205

 

D, мм

14

So, мм/об

0,20

0,28

0,40

Vs, мм/об

70

100

140

100

140

200

140

200

280

n, об/мин

350

500

700

350

500

700

350

500

700

V, м/мин

15

23

30

15

23

30

15

23

30

Т, мин

230

128

53

212

123

11

78

30

0,4

L, м

15,2

12,2

7,4

20,8

17,2

2,3

10,9

6,0

0,1

Px, Н

4120

4120

4120

5390

5390

5390

6860

6860

6860

N, кВт

0,9

1,2

1,9

1,2

1,8

2,5

1,6

2,4

3,4

Но, шт

350

447

530

447

530

585

530

578

647

И, шт

1

1,5

3

0,9

1,3

11

2

4

226

 

Произведение (VT) определяет длину пути, пройденного режущим лезвием в его относительном движении с обрабатываемой деталью, и поэтому пройденный инструментом путь следует считать более надежной и правильной характеристикой работы инструмента по сравнению со временем его работы. Показатели, характеризующие наработку инструмента были позднее введены в ГОСТ 25751-73. Кроме того, следует иметь в виду, что скорость резания, обеспечивающая получение максимальной наработки за период стойкости, не совпадает с величиной скорости резания, которая обеспечивает максимальную стойкость в минутах. Это положение легко подтверждается аналитическим путем, т.е. дифференцирование в частных производных позволяет показать, что экстремумы кривых стойкости  и наработки  не совпадают.

Если дифференцировать функцию  по V, учитывая, что , получим:

Поскольку  и , окончательно получаем:

Экстремум функции  будет достигнут при скорости  и при этой скорости производная должна быть равна нулю:

, т.е. .

Таким образом, функция  при скорости  будет иметь отрицательную производную, а это значит, что максимальная стойкость в минутах будет достигнута при какой-то меньшей скорости резания . Поэтому для получения максимальной эффективности от применения данного инструмента во всех случаях выгоднее работать с более высокими скоростями по сравнению с теми, которые обеспечивают максимальную стойкость по времени его работы. Обработка экспериментальных кривых в координатах (VT) – V позволяет выявить рациональные режимы обработки, которым соответствует максимальная выработка за период стойкости и минимальная потребность в инструменте. Поэтому все стойкостные исследования, проводимые на кафедре МТ2 по нормированию режимов резания, обязательно осуществлялись с оценкой режущих свойств как по стойкости в минутах, так и по наработке, выраженной проделанной работой.

В нормативах старого образца для создания нормативных таблиц использовались математические модели на основе степенной зависимости

 или ,

что является справедливым только для диапазона средних и высоких скоростей резания. При работе на автоматах и агрегатных станках автоматических линий для повышения стойкости и надежности инструмента во многих случаях приходится использовать диапазон низких режимов резания.

Работы, проведенные на кафедре под руководством Г.И.Грановского, показали, что для многих инструментов зависимости  и  в зоне низких скоростей носят "горбообразный" характер. Работы В.П.Покровского по резцам, В.В.Белодеда, Ю.А.Кряжева, В.А.Самсонова, Г.В.Студенкова и А.Б.Александровича по сверлам, В.Н.Курковича по разверткам и др. показали, что стойкостные зависимости имеют вид, показанный на рис. 1. Это заставило в значительной мере пересмотреть старые подходы к выбору оптимального режима резания.

Для анализа принципов выбора режимов резания в широком диапазоне скоростей резания кафедрой были проведены специальные исследования как в лаборатории кафедры, так и в производственных условиях. Этот анализ показал, что выбор режима резания будет также зависеть от некоторых факторов, которые ранее практически не учитывались, например:

- тип производства (единичное, серийное, массовое и т.п.);

- критерий оптимизации режима резания (производительность, расход инструмента, его надежность и др.);

- тип используемого оборудования (универсальные станки, станки с ЧПУ, агрегатные станки автоматических линий и др.);

- степень автоматизации смены и переточки инструмента и других факторов.

Все факторы, влияющие на выбор режима резания, в конечном счете определяют степень интенсивности режимов. Можно, в первом приближении, считать, что эту интенсивность можно разделить на три вида: умеренные (наиболее низкие), нормальные (средние) и форсированные (повышенные).

Следует подчеркнуть, что для каждого вида режущего инструмента значения скоростей резания, характеризующие тот или иной вид режима, могут отличаться.

Умеренные режимы резания обычно характеризуют максимумы зависимости наработки от скорости резания. Такие режимы используются, когда стремятся получить максимальную наработку и надежность, наименьший расход и затраты по инструменту, или когда операция при работе этим инструментом не является лимитирующей. Обычно на таких режимах работают агрегатные станки автоматических линий в массовом производстве. Работа на умеренных режимах характеризуется периодами стойкости, в несколько раз (иногда до 10…12 раз) превышающими нормативные значения стойкости.

Нормальные режимы резания предполагают получение нормативного периода стойкости и минимальной себестоимости операции. Они чаще всего используются в единичном и серийном производстве при работе на универсальных станках.

Форсированные режимы резания используются в тех случаях, когда данная операция лимитирует производительность, при работе на дорогом автоматизированном оборудовании с автоматической сменой изношенного инструмента, при использовании инструмента высокого качества и т.п.

Сложный характер стойкостных зависимостей потребовал изменений в подходах к выбору математических моделей, характеризующих стойкостные зависимости. В разработанной методике для подготовки новых нормативов указывалось также, что для того, чтобы наиболее полно использовать положительный опыт, накопленный в теории резания металлов и нашедший применение в разработке существующей нормативной документации по режимам резания, необходимо сохранить степенные уравнения для аппроксимации по ним обобщенных результатов экспериментальных исследований в возможных пределах. Однако, во всех случаях необходимо указывать пределы, в которых степенные уравнения могут достаточно точно описать экспериментально найденные зависимости.

Во всех остальных случаях стойкостные зависимости могут аппроксимироваться по эмпирическому показательно-степенному уравнению вида , которое было предложено Г.И.Грановским. Это эмпирическое уравнение может описать практически все закономерности, встречающиеся в резании.

Широкое использование автоматизированного производства и безлюдных технологий поставили вопрос о выборе режимов резания с учетом надежности инструмента, в частности, с учетом необходимости получения так называемого установленного периода стойкости или установленной наработки, которые характеризуют величину параметра, в течение которого инструмент не достигнет отказа с установленной вероятностью . На практике вместо установленной стойкости чаще используют гамма-процентный период стойкости с заданной вероятностью безотказной работы = 90% или = 95%.

Стойкостные исследования, проведенные на кафедре, показали, что в большинстве случаев распределение стойкости стандартных инструментов подчиняется закону, близкому к закону нормального распределения, а коэффициент вариации стойкости при нормальных условиях эксплуатации не превышает var < 0,35. Это подтвердили, в частности, результаты совместных работ кафедры и Базовой лаборатории по государственным испытаниям спиральных сверл (БЛГИС).

При нормативной стойкости гамма-процентный период стойкости инструмента можно подсчитать по формуле , мин, где  - квантиль нормального распределения, характеризующий заданный уровень вероятности .

Если скорость резания выбирается по нормативам в диапазоне, где справедлива стойкостная зависимость вида , то для получения нормативной стойкости с заданной вероятностью  необходимо работать с пониженной скоростью , определяемой как , где .

Работы, проведенные на кафедре совместно с БЛГИС, показали, что в зависимости от конкретных значений  и var при обработке стали , а при обработке чугуна 0,97…0,87.

Учитывая общие принципы подхода к методике разработки и построения новых нормативов, а также отмеченные выше недостатки имеющихся нормативов, Г.И.Грановским были разработаны новые принципы построения таблиц нормативов.

Рассмотрим новую формулу построения нормативных таблиц на примере нормирования операций сверления [1] (см. табл. 1).

Нормативная таблица состоит из трех частей. В верхней части приводятся характеристики режущего инструмента и обрабатываемого материала, а также условия работы, которым соответствуют параметры нормативной таблицы.

В средней части представлены следующие параметры.

1. Диаметр сверла D, мм. Данные каждой таблицы соответствуют определенному диаметру сверла.

2. Подача на оборот сверла , мм/об. По таблице можно выбрать режим сверления, исходя из трех последовательных паспортных значений . Анализ многочисленных экспериментальных данных позволяет заключить, что значение подачи на оборот, при котором обеспечивается максимальный эксплуатационный ресурс инструмента, зависит от диаметра сверла и может быть определено по эмпирической формуле , мм/об. Величина  зависит от свойств обрабатываемого материала, диаметра сверла и некоторых других факторов. При сверлении, например, конструкционных углеродистых сталей . Указанная связь между  и D позволяет рекомендовать использование в нормативных таблицах для каждого диаметра три соседних паспортных значения подачи: подсчитанного по указанной эмпирической формуле и уточненного по паспорту и двух соседних паспортных значений. Как показывает опыт, эти три значения подачи позволяют охватить практически весь диапазон подач, который разумно анализировать.

3. Скорость движения подачи , мм/мин. Этот параметр характеризует производительность операции сверления и удобен для технологических расчетов. Так, зная  и глубину сверления , можно подсчитать машинное время обработки одного отверстия: , мин.

Кроме того, величина  может понадобиться при выборе режима сверления, если задана сменная выработка  шт. в смену. Необходимая величина  может быть приближенно определена по выражению:

где  - продолжительность смены, мин;  - суммарное вспомогательное время на одну деталь, мин, т.е. разница между штучным и вспомогательным временем . Приближенное значение  можно определить, используя значение коэффициента  (см. ниже) по формуле , а также путем экспертной оценки конкретного случая обработки отверстия в заданной детали. Определив значение , минимально необходимое для заданной , можно по таблице выбрать нужные режимы сверления.

4. Частота вращения шпинделя n, об/мин. В таблице для каждого значения подачи приведено три последовательных паспортных значения n, причем минимальное значение должно соответствовать максимуму зависимостей наработки от скорости резания. Для случая сверления конструкционных углеродистых сталей этот максимум примерно соответствует скорости в диапазоне 13…16 м/мин. Эти три значения n охватывают практически весь диапазон скоростей резания, которые разумно анализировать.

5. Скорость резания V, м/мин, соответствующая трем значениям n.

6. Стойкость сверла Т, мин, которая ожидается, если сверло будет работать при выбранных  и n. Значения Т определяются либо экспериментально, либо расчетом по математическим зависимостям, полученным на основе экспериментов.

7. Общая условная длина L, м, просверленного отверстия. Она равна произведению , и при известной длине одного отверстия  легко определить наработку, выраженную в количестве обработанных отверстий.

8. Осевая составляющая силы резания , Н, величину которой необходимо сравнить с приведенным в паспорте станка значением допускаемой силы подачи станка.

9. Потребная мощность резания N, кВт. С учетом КПД станка эта мощность сравнивается с паспортным значением мощности электродвигателя.

Используя параметры, приводимые в средней части таблицы, можно выбрать режим сверления, исходя из потребного эксплуатационного ресурса (L или Т) или сменной выработки, которая рассчитывается, исходя из глубины отверстия.

В нижней части таблицы приводятся параметры, соответствующие обработке условного отверстия, глубина которого равна трем диаметрам сверла. При этом можно прямо по таблице выбрать режим, исходя из заданной сменной выработки или допустимого сменного расхода инструмента.

1. Сменная выработка  шт., где  определяется по приведенной выше формуле, исходя из того, что  и , а коэффициент  на основе данных. приведенных ниже.

2. Сменный расход инструмента , шт, без учета возможных переточек.

Описанная форма нормативных таблиц позволяет технологу достаточно быстро оценить девять вариантов выбираемого режима, исходя из конкретных условий производства.

Используемые в расчетах параметров нормативной таблицы значение коэффициента  можно определить только приближенно на основе статистических данных, поскольку его значение сильно зависит от конкретных условий работы. Кафедра МТ2 провела специальные исследования по статистическому анализу структуры штучного времени на примере сверлильной операции. Для этого были использованы статистические данные, полученные хронометрированием структуры штучного времени при работе на универсальных вертикально-сверлильных и радиально-сверлильных станках в условиях серийного и крупносерийного производства на заводах "Красный пролетарий", "Станкоагрегат" и Заводе автоматических линий имени 50-летия СССР [2]. На каждом заводе было проанализировано около 300 случаев обработки отверстий и выявлены зависимости величины  от различных параметров. На основе обработки данных наблюдений удалось выявить следующее:

1. Значения  практически не зависят от диаметра сверления.

2. Средняя глубина просверленных отверстий составляет (2,6…2,8)D. Таким образом, обычно принимаемую в нормативах среднюю глубину сверления равную 3D можно считать статистически обоснованной.

3. Значения  для сверления чугунных деталей обычно в 2…5 раз выше, чем для стальных деталей. Это, видимо, объясняется тем, что чугунные заготовки чаще всего имеют вид корпусных деталей, и на их установку тратится больше времени. Причем в чугунных деталях обычно обрабатывается несколько одинаковых отверстий.

На основе обработки статистических и нормативных данных было выявлено, что зависимость между  и  с достаточной для практики точностью может быть аппроксимировано формулой вида . Значения С и x для различных условий, полученные на основе работ кафедры, приведены в [2].

Следует отметить, что необходимость оценки и учета большого количества взаимовлияющих на режимы факторов, во многих случаях приводит к необходимости использовать метод постепенного приближения, т.е. задаваясь предварительными (стартовыми) значениями основных параметров, производить последующую корректировку и уточнение их в конкретных условиях до установления окончательных значений, которые являются оптимальными для реализации поставленных задач.

В связи с этим большой интерес представляют методики экспресс- выбора приближенных стартовых значений режимных параметров. Этим вопросам на кафедре МТ2 также были посвящены специальные работы.

При проведении анализа имеющихся нормативных документов, например, по сверлению, было обнаружено, что для многих случаев рекомендуемые оптимальные значения нормальных режимов резания для сверл любого диаметра изменяются в достаточно узком диапазоне. Так например, при выборе режима сверления конструкционной углеродистой стали 45 с НВ = 200, в большинстве нормативов принимаемой за эталон, почти все отечественные и зарубежные источники рекомендуют использовать скорость сверления для всех диаметров около 25 м/мин.

Выбор подачи, как было отмечено выше, определяется, в основном, диаметром сверла. Все это позволяет значительно упростить выбор стартовых значений режима сверления, в особенности, если известны значения поправочных коэффициентов, отражающих влияние тех отличных от эталона показателей, которые наиболее сильно влияют на выбор параметров режима.

В приводимых ниже, в качестве примера, рекомендациях для выбора стартовых значений режима сверления, учитывается влияние именно таких, наиболее важных параметров.

Выбор стартовых параметров режима сверления для спиральных сверл из быстрорежущей стали производится следующим образом.

В диапазоне нормальных режимов сверления:

подача: для сверл  мм, , мм/об,

               для сверл  мм, , мм/об,

частота вращения шпинделя:

, об/мин.

В диапазоне умеренных режимов сверления:

подача: , мм/об,

частота вращения шпинделя: , об/мин.

В диапазоне форсированных режимов сверления:

подача: , об/мин,

частота вращения шпинделя: , об/мин.

В приведенных формулах используются коэффициенты, которые характеризуют влияние, соответственно, на подачу  и на частоту вращения шпинделя n следующих факторов:

 и  - марки обрабатываемого материала;

 и  - твердости обрабатываемого материала;

 и  - глубины сверления;

 - длины сверления.

При выборе форсированного режима сверления используются условный показатель интенсивности режима сверления А (пояснения см. ниже).

Численные значения коэффициентов приведены в опубликованных работах сотрудников кафедры [3,4 и др.]. Значения для умеренного режима определяются с помощью величины , также приводимой в указанных источниках. Аналогичным образом могут быть выбраны приближенные стартовые значения режимов и для других видов обработки.

Одним из важных вопросов, связанных с эффективностью новых нормативов режимов резания и других рекомендаций по режимам является задача проверки правильности выбора режимных параметров. В наибольшей степени это относится к случаю, когда выбор режима производится лицами, не имеющими достаточной квалификации для самостоятельной обоснованной проверки и экспертной оценки выбранных режимов. В связи с этим кафедра МТ2 при создании новых нормативов предусматривала разработку контрольных показателей правильности выбора режимов резания.

Ниже, в качестве примера, рассмотрены контрольные показатели для анализа правильности выбора режима сверления и приближенной оценки его интенсивности.

Одним из контрольных показателей правильности выбранного режима сверления может служить величина скорости подачи сверла , мм/мин. Для эталонных условий сверления отверстия глубиной 3D в углеродистой конструкционной стали твердостью НВ=200 сверлом средней серии эта величина приблизительно равна  мм/мин. Для условий сверления, отличных от эталонных, эта величина может быть подсчитана с помощью поправочных коэффициентов (см. выше): , мм/мин.

Если полученная после выбора значений  и n величина  будет меньше контрольной, следует проверить, чтобы эта величина не была меньше, чем при умеренном режиме сверления, т.е. чтобы соблюдалось условие  (в противном случае следует принимать ). При отклонениях  в большую сторону необходимо проверить, не превышен ли по интенсивности форсированный режим сверления, т.е. чтобы соблюдалось условие .

Кафедрой МТ2 совместно с БЛГИС был разработан и предложен для использования так называемый условный показатель интенсивности режима сверления . Ориентировочные значения А для нормального и форсированного режимов сверления отверстий глубиной 3D в углеродистых сталях с HB=200 приведены в таблице 2.

Таблица 2

Режим работы

Значения А для сверл серии

 

Короткой и средней

Длинной и удлиненной

Нормальный

12,5

7

Форсированный

25,0

13

 

Контрольные значения А для других условий сверления могут быть подсчитаны с помощью поправочных коэффициентов (см. выше) как: .

Если выбранная частота вращения шпинделя находится в пределах , то рассчитанный режим резания характеризует приемлемые условия эксплуатации сверла.

Проблемы нормирования режимов резания иногда бывают тесно связаны с вопросами приближенного определения расхода инструмента  на программу N, и, с другой стороны, определения параметров режима, которые обеспечат заданный расход инструмента  при обработке программы выпуска деталей N.

Применительно к спиральным сверлам были получены следующие зависимости для определения этих параметров.

Потребное количество сверл, обрабатывающих отверстия в конструкционных сталях, можно рассчитать по формуле:

, шт,

где  - удельный расход сверл для сверления одного условного отверстия при эталонных условиях. Значение  можно подсчитать по эмпирическим зависимостям:

для сверл  мм ,

для сверл  мм

V – выбранная скорость сверления;

 - рекомендуемая нормативами скорость сверления для эталонных условий (см. выше), равная 25 м/мин;

 - принятая подача;

 - рекомендуемая нормативами подача для эталонных условий (см. выше);

N – количество отверстий, которое нужно обработать;

,, - поправочные коэффициенты, характеризующие отклонения от эталонных условий (по обрабатываемому материалу, его твердости и глубине отверстия); эти коэффициенты приведены в [5];

i – количество предполагаемых переточек.

Если задан допустимый расход сверла  на программу N, то определить, на каких режимах нужно работать, чтобы не превысить этот расход, можно по формуле:

, об/мин

При расчете по этой зависимости подача должна соответствовать рекомендуемой для нормальных режимов сверления. Значения параметров, входящих в данную зависимость, соответствуют указанным выше.

Работы, проведенные кафедрой в области нормирования режимов резания, были опубликованы в виде Общемашиностроительных нормативов [6,7,8,9,10], а также были использованы при подготовке фундаментального двухтомного Справочника по выбору режимов резания [11], выпущенного издательством "Машиностроение" в 1991 году.


Литература.

1. Даниленко Б.Д. Обоснование формы нормативных таблиц для выбора режимов сверления. "Известия ВУЗов. Машиностроение". №9, 1987 г.

2. Даниленко Б.Д. Элементы нормирования, включаемые в нормативы по режимам резания при сверлении. "Известия ВУЗов. Машиностроение". №9, 1985 г.

3. Даниленко Б.Д. Приближенный выбор режима сверления при использовании различных критериев оптимизации. "Известия ВУЗов. Машиностроение". №1-3, 1994 г.

4. Даниленко Б.Д. Экспресс-выбор режима сверления. "Известия ВУЗов. Машиностроение". №10-12, 1996 г.

5. Даниленко Б.Д. Методика приближенного расчета потребности в спиральных сверлах. "Известия ВУЗов. Машиностроение". №1, 1993 г.

6. Локтев А.Д., Даниленко Б.Д. и др. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм стойкости и расхода сверл центровочных комбинированных, зенковок конических и зенковок цилиндрических (цековок). ВНИИТЭМР. 1986 г.

7. Локтев А.Д., Даниленко Б.Д. и др. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 4. Обработка отверстий. ЦБНТ. 1987 г.

8. Локтев А.Д., Даниленко Б.Д., Белодед В.В. и др. Общемашиностроительные нормативы режимов резания сверлами из современных марок быстрорежущих сталей. НИИМАШ. 1978 г.

9. Локтев А.Д., Даниленко Б.Д., Котликова А.Л. и др. Общемашиностроительные нормативы по износу, стойкости и расходу спиральных сверл. Серийное и массовое производство. НИИМАШ. 1980 г.

10. Локтев А.Д., Древаль А.Е. и др. Общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа и расхода машинных метчиков из быстрорежущей стали. НИИМАШ. 1982 г.

11. Локтев А.Д., Даниленко Б.Д. и др. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник в 2 т. "Машиностроение". 1991 г.

 

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2022 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)