К основным элементам режима резания относят глубину, подачу и скорость резания. Рассмотрим схему резания при точении на примере обтачивания цилиндрической поверхности на токарном станке.

Глубина резания

t – глубина резания, величина снимаемого слоя металла, измеряемая перпендикулярно к обработанной поверхности и снимаемая за один проход режущего инструмента:

, мм;

где D_заг – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

d – диаметр обработанной поверхности, мм;

Глубина резания t принимается обычно равной припуску. При чистовом проходе t должна быть не более 1…2 мм.

Рисунок 4.1 – Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

Подача

Подача S – величина (путь) перемещения режущей кромки за один оборот обрабатываемой заготовки, либо за один ход заготовки или инструмента в направлении движения подачи, мм/об, мм/дв.ход.

Подачу назначают из условия обеспечения требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности. Обычно работают на S_пр = (0,20…0,25) мм/об. Высокая чистота получается при работе на S_пр = 0,03…0,05 мм/об.

Эти параметры элементы режима резания t и S непосредственно влияют на размеры снимаемой стружки, так:

а – толщина срезаемого слоя, расстояние между двумя последовательными положениями главной режущей кромки за один оборот заготовки определяется а = S · sinφ;

в – ширина срезаемого слоя, расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания: в=t/sinφ.

Заштрихованная площадь называется площадью поперечного сечения срезаемого слоя F:

F = t · S = a · b, мм².

Скорость резания

V – скорость резания, путь перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущей кромки резца в единицу времени, м/мин.

, м/мин, м/с,

n – число оборотов заготовки/мин.

Если главное движение возвратно–поступательное, (например строгание), а скорости рабочего и холостого ходов различны, то скорость резания в м/мин находят по следующей зависимости

V = Lm(К=1)/1000,

где L – расчетная длина хода инструмента;
m – число двойных ходов инструмента в мин;
К – коэффициент показывающий отношение скоростей рабочего и холостого ходов.

Для повышения производительности процесса обработки V резания должна быть наибольшей. Однако, скорость резания ограничивается стойкостью режущей кромки инструмента, т.е.

или

, м/мин,

где Т – стойкость инструмента, т.е. способность сохранять в рабочем состоянии режущие кромки (до достижения критического критерия затупления h_зкр);

С_v – коэффициент учитывающий конкретные условия обработки: физико-механические свойства обрабатываемого материала, качество поверхности заготовки, углы резца, условия охлаждения и т.д.;

х_y и y_v – показатели степени при глубине резания t и подаче S, точно также как и С_v указаны в нормативных справочниках по резанию. Для определения оптимальной скорости резания нужен экономический анализ, необходимо выяснить, что выгоднее – повышение скорости резания или повышение стойкости инструмента. Например, расчетами или опытами выявлено, что при скоростях резания

V, м/с	1,2	1,5	1,7	2,0
Т, сек	425	166	100	33

Анализируя эти результаты можно отметить, что увеличение скорости резания на 25% приводит к снижению стойкости резца почти в три раза. Поэтому нужно учитывать, что по времени выгоднее – увеличение скорости или сохранение стойкости? В справочниках имеются рекомендуемые скорости резания V для данных конкретных условий обработки. При назначении V учитывают ее влияние на шероховатость поверхности, которая оказывает существенное влияние на износостойкость рабочих поверхностей детали, ее усталостную и коррозионную стойкость, а также на коэффициент полезного действия машин.

Шероховатость – один из показателей качества поверхности оценивается высотой, формой, направлением неровностей, включающая выступы и впадины на поверхности деталей, характеризующиеся малыми шагами т.е.

Она характеризуется тремя высотными параметрами R_a, R_r, R_max двумя шаговыми S_m, S и относительной опорной длиной t_р.

На шероховатость влияют режим резания, геометрия инструмента, вибрации, физико-механические свойства материала заготовки.

По современным представлениям сила трения F_т включает силу молекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей и силу сопротивления их перемещению вследствие зацепления неровностей.

При благоприятном профиле износостойкость детали выше за счет меньшей величины контактных напряжений. Необходимо иметь ввиду, что усталостные разрушения вызываются знакопеременными нагрузками и трещины при этом развиваются с поверхности, причем в местах наиболее напряженных, т.е. во впадинах, где высокая степень пластического деформирования.

Следовательно скорость резания назначается таким образом, чтобы через определенное время (период стойкости Т) резец износился до значения критерия h₃. Так Т = 30…60 мин для резцов из быстрорежущей стали и Т_max = 90 мин – для резцов с напаянными твердыми сплавами.

Пример

Для определенных условий обработки на токарно-винторезном станке модели IК62 определим значения теоретической скорости резания V_т:

• – при точении проходным резцом, оснащенным напаянной пластиной из твердого сплава ВК8
• , м/мин;
• – при точении проходным резцом, оснащенным напаянной пластиной из твердого сплава Р18
• , м/мин.

Значения С_v = 5640 и 1500, m = 0,8, Х_v = 0,55 и У_v = 0,55 приняты из справочных нормативных материалов по резанию.

Необходимо отметить, что скорость резания не оказывает существенного влияния на шероховатость, как значение подачи.

По паспортным данным станка IК62 определяем фактическую скорость резания V_д.

Расчетная частота вращения шпинделя, пр (для V_т = 120 м/мин):

мин^–1.

На станке V_т – теоретическая скорость резания для данных условий обработки, м/мин; D_з – диаметр заготовки, мм.

Машинное время обработки определяется по формуле

мин,

где l – длина заготовки, мм;

l₂ – длина перебега, по нормативным таблицам: для глубины резания

мм, l2 = 2 мм,

где d – диаметр, обработанной поверхности;

l₁ – длина врезания

где φ – главный угол в плане проходного резца, примем равным 60°.

S – продольная подача резца за один оборот заготовки. Теоретическое значение подачи S = 0,6 мм/об заменяем величиной ближайшей подачи, имеющейся на станке IК62, т.е. S = 0,61 мм/об.

Мощность Nр, затрачиваемую на процесс резания, при силе резания Рz = 300 кГ определяем по формуле

кВт.

Необходимая мощность электродвигателя для выполнения заданного режима обработки

кВт,

где η – коэффициент полезного действия (кпд), равный 0,75.

Коэффициент загрузки станка IК62 для указанной обработки, при мощности его электродвигателя N_ст = 10 кВт.

К параметрам процесса резания относят основное (технологическое) время обработки – время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки.

При токарной обработке цилиндрической поверхности основное (машинное) время и элементы режима резания связаны зависимостью

где L_i = l + l₁ + l₂ – путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи ( l – длина обрабатываемой поверхности, мм; l₁ = t·ctgφ – величина врезания резца, мм; l₂ = 1–3 мм выход резца (перебег)), i =H/t число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку (Н – толщина удаляемого слоя металла, мм).

В целом штучное время состоит

Т_шт = Т_о + Т_в + Т_об + Т_п,

где Т_в – вспомогательное время необходимое для выполнения действий, связанных с подготовкой к процессу резания (подвод и отвод инструмента, установка и снятие заготовки и т.д.);

Т_об – время обслуживания рабочего места, оборудования и инструмента в рабочем состоянии;

Т_п – время на отдых и естественные потребности, отнесенное к одной детали.