Одним з багатофункціональних способів обробки металів є точіння. З його допомогою здійснюється чорнова і чистова обробка в процесі виготовлення або ремонту деталей. Оптимізація процесу якісна та ефективна робота досягається шляхом раціонального підбору режимів різання.
Особливості процесу
Токарна обробка здійснюється на спеціальних верстатах з допомогою різців. Головні рухи виконуються шпинделем, який забезпечує обертання закріпленого на ньому об'єкта. Руху подачі відбуваються інструментом, який закріплений в супорті.
До основних видів характерних робіт відносяться: торцеве і фасонне обточування, розточування, обробка поглиблень і канавок, підрізання і відрізання, оформлення різьби. Кожен з них супроводжується продуктивними рухами відповідного інвентарю: прохідних і наполегливих, фасонних, растачивающих, підрізних, відрізних та різьбових різців. Різноманітний типаж верстатів дозволяє обробляти дрібні і дуже великі об'єкти, внутрішні та зовнішні поверхні, плоскі та об'ємні заготовки.
Основні елементи режимів
Режим різання при токарній обробці – це комплекс параметрів роботи металорізального верстата, спрямований на досягнення оптимальних результатів. До них відносяться наступні елементи: глибина, подача, частота і швидкість обертання шпинделя. Глибина – це товщина металу, що знімається різцем за один прохід (t, мм). Залежить від заданих показників чистоти і відповідної шорсткості. При чорновому точінні t = 05-2 мм, при чистового - t = 01-05 мм.
Подача – відстань переміщення інструменту в поздовжньому, поперечному або прямолінійному напрямку щодо одного обороту оброблюваної деталі (S, мм/об). Важливими параметрами для її визначення є геометричні і якісні характеристики токарного різця.
Частота обертання шпинделя – кількість оборотів головної осі, до якої кріпиться заготівля, здійснюване за період часу (n, об/с). Швидкість – ширина проходу за одну секунду з відповідністю заданої глибини і якості, забезпечена частотою (v, м/с). Сила точіння – показник витрачається потужності (P, N). Частота, швидкість і сила – найважливіші взаємопов'язані елементи режиму різання при токарній обробці, які задають і оптимізаційні показники обробки конкретного об'єкта, і темп роботи верстата.
Вихідні дані
З точки зору системного підходу процес точіння можна розглядати як злагоджене функціонування елементів складної системи. До них відносяться: токарний верстат, інструмент, заготівля, людський фактор. Таким чином, на ефективність цієї системи впливає перелік факторів. Кожен з них враховується тоді, коли необхідно розрахувати режим різання при токарній обробці:
Параметричні характеристики обладнання, його потужність, тип регулювання обертання шпинделя (ступеневу або безступінчасте). Спосіб кріплення заготовки (за допомогою планшайби, планшайби і люнета, двох люнетів). Фізичні і механічні властивості оброблюваного металу. Враховується його теплопровідність, твердість і міцність, тип виробленої стружки і характер її поведінки стосовно інвентарю. Геометричні та механічні особливості різця: розміри кутів, державки, радіус при вершині, розмір, тип і матеріал ріжучої кромки з відповідною теплопровідністю і теплоємністю, ударною в'язкістю, твердістю, міцністю. Задані параметри поверхні, в тому числі її шорсткість та якість. Якщо всі характеристики системи враховані і раціонально прораховані, стає можливим досягнення максимальної ефективності її роботи.
Критерії ефективності точіння
Деталі, що виготовляються за допомогою токарної обробки, є найчастіше складовими відповідальних механізмів. Вимоги виконуються з урахуванням трьох основних критеріїв. Найбільш важливим є максимальне виконання кожного з них.
Відповідність матеріалів різця і обтачиваемого об'єкта. Оптимізація між собою подачі, швидкості і глибини, максимальна продуктивність і якість обробки: мінімальна шорсткість, точність форм, відсутність дефектів. Мінімальні витрати ресурсів. Порядок розрахунку режиму різання при токарній обробці здійснюється з високою точністю. Для цього існує кілька різних систем.
Способи обчислення
Як вже було сказано, режим різання при токарній обробці вимагає врахування великої кількості різних факторів і параметрів. У процесі розвитку технології численні вчені уми розробили кілька комплексів, спрямованих на обчислення оптимальних елементів режимів різання для різних умов:
Математичний. Передбачає точний розрахунок за наявними емпіричними формулами. Графоаналітичний. Поєднання математичного та графічного методів. Табличний. Вибір значень, що відповідають заданим умовам роботи, в спеціальних комплексних таблицях. Машинний. Використання програмного забезпечення. Найбільш підходящий вибирається виконавцем в залежності від поставлених завдань і масовості виробничого процесу.
Математичний метод
Аналітично обчислюються режими різання при токарній обробці. Формули існують більш і менш складні. Вибір системи визначається особливостями і необхідною точністю результатів прорахунків і самої технології.
Глибина розраховується як різниця товщини заготовки до (D) і після (d) обробки. Для поздовжніх робіт: t = (D - d) : 2; а для поперечних: t = D - d. Допустима подача визначається поетапно:
цифри, які забезпечують необхідну якість поверхні, S шер ; подача з урахуванням характеристик інструменту, S р ; значення параметра, що враховує особливості закріплення деталі, S дет . Кожне число обчислюється за відповідними формулами. У якості фактичної подачі вибирають найменшу з отриманих S. Також існує узагальнююча формула, що враховує геометрію різця, задані вимоги до глибини і якості точіння.
S = (C s *R y *r u ) : (t x *? z2 ), мм/об; де C s – параметрична характеристика матеріалу; R y – задана шорсткість, мкм; r u – радіус при вершині токарного інструменту, мм; t x – точіння глибина, мм; ? z – кут при вершині різця. Швидкісні параметри обертання шпинделя вважаються за різними залежностями. Одна з фундаментальних: v = (C v *K v ) : (T m *t x *S y ), м/хв, де
C v – комплексний коефіцієнт, узагальнюючий матеріал деталі, різця, умови процесу; K v – додатковий коефіцієнт, що характеризує особливості точіння; T m – стійкість інструмента, хв; t x – глибина різання, мм; S y – подача, мм/об. За спрощених умов та з метою доступності розрахунків, швидкість токарної обробки заготовки можна визначити: V = (?*D*n) : 1000 м/хв, де
n – частота обертання шпинделя верстата, об/хв. Використовувана потужність обладнання: N = (P*v) : (60*100), кВт, де
де P – сила різання, Н; v – швидкість, м/хв. Наведена методика є дуже трудомісткою. Існує велика різноманітність формул різної складності. Найчастіше складно правильно підібрати потрібні, щоб здійснити розрахунок режимів різання при токарній обробці. Приклад найбільш універсальних з них наведено тут.
Табличний метод
Суть цього варіанта полягає в тому, що показники елементів знаходяться в нормативних таблицях згідно з вихідними даними. Існує перелік довідників, в яких наведено значення подач в залежності від параметричних характеристик інструменту і заготовки, геометрія різця, заданих показників якості поверхні. Є окремі нормативи, що вміщають в собі гранично допустимі обмеження для різних матеріалів. Відправні коефіцієнти, необхідні для розрахунку швидкостей, також містяться в спеціальних таблицях.
Така методика використовується окремо або одночасно з аналітичної. Вона зручна і точна в застосуванні для нескладного серійного виробництва деталей, в індивідуальних майстернях і в домашніх умовах. Вона дозволяє оперувати цифровими значеннями, використовуючи мінімум зусиль і вихідних показників.
Графоаналітичний і машинний методи
Графічний спосіб є допоміжним і заснований на математичних розрахунках. Обчислені результати подач наносяться на графік, де розкреслюють лінії верстата і різця і за ним визначають додаткові елементи. Цей метод – дуже складна комплексна процедура, яка є незручною для серійного виробництва. Машинний спосіб – точний і доступний варіант для досвідченого і початківця токаря, розроблений для того, щоб обчислювати режими різання при токарній обробці. Програма надає найбільш точні значення у відповідності з заданими вихідними даними. Вони обов'язково повинні включати:
Коефіцієнти, що характеризують матеріал оброблюваної деталі. Показники, що відповідають особливостям інструментального металу. Геометричні параметри токарних різців. Числове опис верстата і способів закріплення заготовки на ньому. Параметричні властивості оброблюваного об'єкта. Складнощі можуть виникати на етапі числового опису вихідних даних. Правильно встановивши їх, можна швидко отримати комплексний і точний розрахунок режимів різання при токарній обробці. Програма може містити неточності, проте вони менш значні, ніж при ручному математичному варіанті.
Режим різання при токарній обробці – важлива розрахункова характеристика, що визначає її результати. Одночасно з елементами вибираються інструменти і охолоджувально-змащувальні речовини. Повний раціональний підбір цього комплексу – показник досвідченості спеціаліста або його відчайдушність.
