Вибір раціональних режимів фрезерування
Під режимом різання розуміють сукупність параметрів різання, що забезпечують нормальну роботу верстатів за встановленим технологічним процесом. Раціональний (оптимальний) режим — це той, за якого сукупність параметрів дає найкращі результати. Інколи режим ще називають і так, як називають основний параметр.Режими різання при обробці металів знаходяться у взаємозалежності зі швидкістю різання, геометричними параметрами різальної частини інструмента й іншими умовами.
Одним з елементів режиму різання є швидкість різання, яка значно впливає на продуктивність та собівартість обробки. Збільшення швидкості підвищує продуктивність та інтенсивність спрацювання інструмента, тобто внаслідок більшого виділення теплоти стійкість інструмента знижується. Враховуючи це, необхідно в кожному конкретному випадку вибирати оптимальний режим різання. На величину швидкості різання впливають різні фактори (якість матеріалу, що обробляється, матеріал різальної частини інструмента, стійкість інструмента, подача та глибина різання, геометричні елементи різальної частини інструмента, вид обробки, охолодження тощо). Першорядне, вирішальне значення має стійкість інструмента — його різальні властивості.
Розглянуті вище елементи різання — глибина, подача та швидкість — визначають режим різання. Суть призначення режимів різання зводиться до встановлення найвигіднішого сполучення цих елементів. Правильно налагодженим для певних умов обробки буде той верстат, який забезпечує найпродуктивніше різання, високу точність і потрібну шорсткість оброблюваних поверхонь і економічність процеcу, тобто створює оптимальний режим різання. Оптимальним режимом називається така глибина різання, подача та швидкість різання, за яких процес обробки деталі буде най продуктивнішим та най економічним. Під економічністю розуміємо зниження собівартості обробки, витрати різального інструменту, покращення використання обладнання — робота з мінімальною затратою машинного та допоміжного часу. Призначити оптимальний режим для певних умов фрезерування виробу із заданого матеріалу, розмірів, форми тощо значить вибрати тип, розміри, матеріал і геометричні параметри різальної частини фрези та раціональні елементи режиму різання, умови охолодження й ін. Після цього треба встановити оптимальне значення елементів: B, L, Sz, ν, n, Nn, T.
Режим різання впливає на продуктивність праці. Вибір режиму залежить від потрібної швидкості та глибини різання, за яких досягається максимальна продуктивність. Для економічно вигідного процесу; треба вибирати найкращу комбінацію взаємопов'язаних і взаємозалежних елементів режиму різання. Зі зміною однієї з величин необхідно ї змінювати іншу, щоб не поламався інструмент та не виникло вібрування. Якщо за один робочий хід припуск на обробку h не вдається зрізати повністю, то визначають число робочих ходів за формулою i = h/t, де h — припуск на обробку, мм; t— глибина різання, мм. Вибраний режим має забезпечити точність розмірів і потрібну шорсткість поверхні оброблюваної деталі, максимально можливу продуктивність праці, найменшу собівартість обробки, повне використання фрезерного верстата і різальних можливостей фрези.
Продуктивність праці при фрезеруванні залежно від обсягу знятого металу визначається за формулою
Після перетворення формули шляхом заміни n-го значення одержуємо
(2.9)
Проаналізувавши формулу, можна зробити висновки, що на продуктивність Q, мм3/хв, при сталому діаметрі фрези всі параметри фрезерування впливають однаково, бо кожен із них у формулі — в першому степені. Це означає, що при збільшенні будь-якого з них, наприклад удвічі (за інших сталих параметрів), продуктивність також збільшиться вдвічі. Параметри : B, t, Sz, Z і ν, впливають на стійкість фрези по-різному, тому, враховуючи цю обставину, слід вибирати допустимі параметри, які менше впливають на стійкість інструмента, наприклад: глибину різання, подачу на один зуб, швидкість різання. Швидкість різання максимально впливає на стійкість інструмента, тому її вибирають виходячи зі встановленої норми стійкості інструмента.
При фрезеруванні параметри режимів різання вибирають у такій послідовності:
вибирають фрези для обробки з необхідними для фрезерування показниками, тобто її діаметр, кількість зуб’їв, їх геометричні параметри, матеріал різальної частини;
визначають глибину різання;
визначають подачу;
визначають період стійкості фрези при фрезеруванні;
визначають швидкість різання;
визначають частоту обертання шпинделя верстата;
визначають необхідну потужність для фрезерування;
визначають машинний час.
Залежно від процесу обробки заготовки фрезеруванням із досвіду вибирають фрезу відповідної характеристики, щоб при фрезеруванні можна було раціонально використати продуктивність верстата та різальні властивості фрези. Визначення характеристики фрези має бути оптимальним з точки зору продуктивності та економічності використання верстата та інструмента. Оптимальність збігу потужності верстата та різальних властивостей фрези можуть зберігатися або бути близькими один до одного.
Можливі також випадки, коли виробничі можливості верстата не достатні й не можна повністю використати різальні властивості фрези і, навпаки, виробничі можливості верстата перевищують різальні властивості інструмента. На заводах є нормативні залежності, за якими лише одна залежність відповідає виробничим можливостям верстата і фрези, тобто має місце повне використання різальних властивостей інструмента та виробничих можливостей верстата. Бажано цю залежність призначити при виборі характеристики фрези.
Глибину різання фрезеруванням вибирають залежно від припуску на обробку; призначеної шорсткості поверхні деталі; потужності верстата та можливостей різального інструменту. Бажано припуск зняти за один прохід, але це не завжди можливо. Так, при чорновій обробці вибирають глибину різання t, що відповідає припуску і. Припуск знімають за один прохід при чорновій обробці з класом шорсткості поверхні від першого до третього. Якщо є потреба одержати четвертий — шостий класи шорсткості при так званій напівчистовій обробці швидкорізальною фрезою, глибину різання призначають у два проходи. Глибина різання першого проходу (чорнового) t = 3/4/, тоді другий прохід t = 1/4/. Глибина різання чистового фрезерування t= 0,5...1,0 мм. Якщо застосовують швидкісне фрезерування, то за один прохід можна одержати шорсткість поверхні від шостого до восьмого класу шорсткості. Встановлюють величину подачі на зуб Sz при чорновій обробці залежно від потужності верстата, міцності зуба фрези, міцності фрези (кінцеві та фрези невеликих діаметрів), міцності оправки фрези, пристрою та деталі, яка обробляється, жорсткості та вібростійкості верстата тощо. При чистовій обробці величина подачі має відповідати вимогам точності та шорсткості поверхні. Для визначення величини подач виконують розрахунки або використовують таблиці, де залежно від режимів різання наведені величини подач залежно від глибини різання, міцності заготовки тощо (табл. 2.1).
Таблиця 2.1 Режими різання при фрезеруванні сталі торцевою фрезою
Головнийкут у плані |
Глибина різання t,мм |
Межа міцності сталі σм Н/мм2 |
|||
до 60 |
61...80 |
81 ..100 |
101...120 |
||
Подача на один зуб фрези S3, мм |
|||||
60 |
1...12 |
0,24...0,35 |
0,16...0,24 |
0,12...0,18 |
0,09...0,14 |
45 |
1...8 |
0,28...0,42 |
0,19...0,28 |
0,15...0,22 |
0,12...0,18 |
30 |
1...5 |
0,40...0,60 |
0,28...0,42 |
0,21...0,32 |
0,17...0,25 |
При чорновому фрезеруванні сталі циліндричними фрезами зі вставними ножами беруть подачу на один зуб в межах 0,1...0,4 мм/зуб, для чавуну — подачу до 0,5 мм/зуб, а при чистовій обробці сталі й чавуну призначають подачу на один зуб фрези в межах 0,05...0,12 мм/зуб.
Період стійкості фрези при фрезеруванні визначають залежно від типу і розмірів фрези, умов процесу обробки, характеристики поверхні, що обробляється, та інших показників. При стійкості фрези Tхв слід ураховувати режим фрезерування, якщо ж застосовувати швидкісний режим роботи, то за довідковими даними треба вибрати відповідну стійкість. Залежно від призначеної глибини різання та подачі, відповідно їх величин, за стійкістю фрези визначають максимально допустиму швидкість різання, а за формулою або за таблицями нормативів — режими фрезерування. Призначені режими різання мають забезпечити: якість деталі за точністю та шорсткістю поверхні, максимальну продуктивність, найменшу вартість, раціональне використання верстата та інструменту. Для задоволення найкращих умов щодо режиму — після визначення нормативної швидкості різання розраховуємо оберти шпинделя за формулою
а потім за паспортом верстата підбираємо найближче число обертів шпинделя та визначаємо фактичну швидкість різання. Потім визначаємо ефективну потужність різання Nе за формулою або довідковими даними. Одержані результати порівнюємо з потужністю верстата. Треба, щоб Nе < Nв, якщо Nе > Nв, то необхідно призначити меншу швидкість різання, щоб задовольнити вимогам недостатньої потужності за формулою
(2.10)
де νN— швидкість різання верстата, м/хв; νт — швидкість різання за нормативами режиму різання, м/хв; Nе — ефективна потужність різання, кВт; Nв — ефективна потужність верстата, кВт. Залежно від призначеної
(2.11)
швидкості різання νт νN вибирають найближчу частоту обертів шпинделя, а також визначають та підбирають найближчу подачу, що має верстат. Залежно від призначеної швидкості різання νт чи νN вибирають найближчу частоту обертів шпинделя, а також визначають та підбирають найближчу подачу, що має верстат. Машинний час на фрезерування визначається за формулою де L — довжина переміщення інструменту або заготовки (з урахуванням врізування та перебігу), мм; Sхв — хвилинна подача, мм/хв. Для визначення параметрів режиму різання фрезеруванням використовують номограми — спеціальні графіки, за допомогою яких визначають окремі параметри режиму різання фрезерування. Номограми для визначення частоти обертання фрези за швидкістю різання, діаметра фрези та хвилинної подачі за величиною подачі на зуб із заданим числом зуб’ів і частоти обертів фрези за хвилину наведено на рис. 2.5.
Графік номограми для визначення частоти обертання фрези за швидкістю різання (рис. 2.5, а) використовують так: з точки, яка відповідає призначеній швидкості різання, проводять горизонтальну лінію, а з точки, що відповідає виробничому діаметру фрези, проводять вертикальну лінію. У точці перетину цих двох ліній буде вказана частота обертання фрези на верстаті. На графіку пунктиром вказані такі показники: швидкість різання 42 м/хв, діаметр фрези 110 мм, яка обертається при фрезеруванні за вказаних параметрів з частотою 125 об/хв.
Графік номограми для визначення хвилинної подачі за призначеною подачею на зуб із десятьма зуб'ями та частоти обертів фрези за хвилину (рис. 2.5, б) використовують так: з точки, що відповідає призначеній подачі на один зуб, проводять лінію, вертикальну до перетину похилої лінії на графіку, що відповідає числу зуб’ів фрези. З цієї точки проводимо горизонтальну лінію до перетину похилої лінії, що відповідає частоті обертання фрези. З цієї точки проводимо вертикальну лінію вниз до перетину показників хвилинної подачі. На графіку пунктиром вказані такі показники: подача на один зуб 0,2 мм/зуб, число зуб’ів фрези 10, частота оберту фрези 125 об/хв, хвилинна подача 250 мм/хв.