Расчёт режимов резания. Курсовое и дипломное проектирование по технологии машиностроения

        РАСЧЁТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ

КУРСОВОЕ И ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Учебное пособие
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 006.91:621.9
ББК 30.10+34.63
     Р24

Авторы:
Марков В. В., Сметанников А. В., Кискеев П. И., Лебедева Л. И., Ветчинников Д. А.

Рецензенты:
заведующий кафедрой «Технология машиностроения и конструкторско-технологическая информатика» Орловского государственного технического университета кандидат технических наук, доцент С. И. Брусов; заместитель начальника инструментального цеха
            АО «Карачевский завод "Электродеталь”» А. Ф. Клопов

Р24 Расчёт режимов резания. Курсовое и дипломное проектирование по технологии машиностроения : учебное пособие / [Марков В. В. и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 136 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1465-4

           Содержит алгоритм назначения режимов резания металлических деталей и справочные данные, необходимые для курсового и дипломного проектирования по технологии машиностроения. Приведены рекомендации по анализу условий производства и исходных данных, выбору универсального режущего инструмента и установлению периода его стойкости, назначению подачи, скорости резания, определению сил и мощности резания. Рассмотрены способы корректировки расчётных значений режимов резания, учитывающие реальные производственные условия, а также правила определения основного, вспомогательного, штучного и штучно-калькуляционного времени на технологическую операцию.
           Для студентов среднего и высшего профессионального образования очной формы обучения, обучающихся по специальности «Технология машиностроения». Может быть использовано студентами высших учебных заведений специальности «Технология машиностроения» заочной формы обучения, преподавателями, инженерно-техническими работниками промышленных предприятий.

                                                             УДК 006.91:621.9
                                                             ББК 30.10+34.63







ISBN 978-5-9729-1465-4

     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

СОДЕРЖАНИЕ


Нормативные ссылки.................................................6
Введение...........................................................9
1. Элементы процесса обработки металлов резанием..................11
  1.1. Элементы режимов резания...................................11
  1.2. Назначение режимов резания.................................12
    1.2.1. Общие положения........................................12
    1.2.2. Анализ условий производства и исходных данных..........12
    1.2.3. Выбор режущего инструмента.............................15
    1.2.4. Назначение подачи и скорости резания...................16
    1.2.5. Определение осевых и окружных сил резания..............17
    1.2.6. Определение мощности резания и крутящего момента.......17
    1.2.7. Коррекция выбранных режимов резания....................18
    1.2.8. Основное, вспомогательное и штучное время..............19
    1.2.9. Проверка назначенных режимов резания на практике.......20
2. Обработка резцами..............................................21
  2.1. Элементы резания...........................................21
  2.2. Назначение глубины резания.................................22
  2.3. Выбор подачи...............................................22
  2.4. Определение стойкости резцов...............................26
  2.5. Вычисление скорости резания................................26
  2.6. Вычисление силы резания....................................33
  2.7. Расчет мощности резания....................................37
  2.8. Определение основного технологического времени.............37
3. Сверление......................................................39
  3.1. Геометрические параметры режущей части сверл...............39
  3.2. Определение глубины резания................................39
  3.3. Выбор подачи...............................................39
  3.4. Назначение стойкости сверл.................................41
  3.5. Вычисление скорости резания................................41
  3.6. Вычисление силы и момента резания..........................43
  3.7. Расчет мощности резания....................................44
  3.8. Определение основного технологического времени.............45
4. Зенкерование...................................................46
  4.1. Геометрические параметры режущей части зенкеров............46
  4.2. Определение глубины резания................................46
  4.3. Выбор подачи...............................................46
  4.4. Назначение стойкости зенкеров..............................47

3

  4.5. Вычисление скорости резания................................47
  4.6. Вычисление силы и момента резания..........................49
  4.7. Расчет мощности резания....................................49
  4.8. Определение основного технологического времени.............50
5. Развертывание..................................................51
  5.1. Геометрические параметры режущей части разверток...........51
  5.2. Определение глубины резания................................51
  5.3. Выбор подачи...............................................51
  5.4. Назначение стойкости разверток.............................53
  5.5. Вычисление скорости резания................................53
  5.6. Вычисление силы и момента резания..........................55
  5.7. Расчет мощности резания....................................55
  5.8. Определение основного технологического времени.............56
6. Фрезерование...................................................57
  6.1. Геометрические параметры режущей части фрез................57
  6.2. Назначение глубины резания.................................57
  6.3. Выбор подачи...............................................57
  6.4. Назначение стойкости фрез..................................60
  6.5. Вычисление скорости резания................................61
  6.6. Вычисление силы и момента резания..........................64
  6.7. Расчет мощности резания....................................65
  6.8. Определение основного технологического времени.............66
7. Протягивание...................................................68
  7.1. Геометрические параметры режущей части протяжек............68
  7.2. Назначение глубины резания.................................68
  7.3. Определение стойкости протяжек.............................68
  7.4. Вычисление скорости резания................................68
  7.5. Вычисление силы и момента резания..........................70
  7.6. Определение основного технологического времени.............71
8. Шлифование.....................................................72
  8.1. Виды шлифования металлов и его режимы......................72
  8.2. Выбор скорости шлифовального круга.........................72
  8.3. Назначение скорости детали, подачи и глубины шлифования....74
  8.4. Расчет мощности резания....................................79
  8.5. Определение основного технологического времени.............82
9. Доводка поверхностей деталей...................................85
  9.1. Назначение, виды доводки и области ее применения...........85
  9.2. Режимы доводки.............................................85

4

10. Притирочное шлифование........................................87
  10.1. Назначение и области применения притирочного шлифования...87
  10.2. Режимы притирочного шлифования............................87
11. Отделочное шлифование и полирование...........................90
  11.1. Общие сведения об отделочном шлифовании...................90
  11.2. Режимы отделочного шлифования.............................90
  11.3. Общие сведения о полировании..............................91
  11.4. Режимы полирования........................................92
  11.5. Шлифование шкуркой........................................93
12. Обработка резьбовых поверхностей..............................94
  12.1. Основные типы резьбонарезных инструментов.................94
  12.2. Режимы резания при нарезании резьбы.......................94
  12.3. Выбор смазывающе-охлаждающих жидкостей....................98
  12.4. Определение основного технологического времени............98
13. Зубонарезание.................................................100
  13.1. Основные типы зуборезных инструментов....................100
  13.2. Назначение глубины резания...............................101
  13.3. Выбор подачи.............................................101
  13.4. Назначение стойкости инструмента.........................102
  13.5. Расчет скорости резания..................................102
  13.6. Определение основного технологического времени...........104
14. Учет тенденций развития машиностроения при расчете режимов резания .... 108
Литература.......................................................112
Приложение А. Правила оформления пояснительной записки по курсовым и дипломным проектам.............................................119
Приложение Б. Правила оформления графических документов..........130
Приложение В. Правила оформления технологических документов.......131

5

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ


      1.      ГОСТ 2.002-72. Единая система конструкторской документации. Требования к моделям, макетам и темплетам, применяемым при проектировании.
      2.      ГОСТ 2.102-68. Единая система конструкторской документации. Виды и комплектность конструкторских документов.
      3.      ГОСТ 2.104-2006. Единая система конструкторской документации. Основные надписи.
      4.      ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.
      5.      ГОСТ 2.106-96. Единая система конструкторской документации. Текстовые документы.
      6.      ГОСТ 2.109-73. Единая система конструкторской документации. Основные требования к чертежам.
      7.     ГОСТ 2.301-68. Единая система конструкторской документации. Форматы.
      8.      ГОСТ 2.302-68. Единая система конструкторской документации. Масштабы.
      9.     ГОСТ 2.303-68. Единая система конструкторской документации. Линии.
      10.      ГОСТ 2.304-81. Единая система конструкторской документации. Шрифты чертежные.
      11.      ГОСТ 2.305-68. Единая система конструкторской документации. Изображения - виды, разрезы, сечения.
      12.      ГОСТ 2.306-68. Единая система конструкторской документации. Обозначения графические материалов и правила их нанесения на чертежах.
      13.      ГОСТ 2.307-68. Единая система конструкторской документации. Нанесение размеров и предельных отклонений.
      14.      ГОСТ 2.308-79. Единая система конструкторской документации. Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей.
      15.      ГОСТ 2.309-73. Единая система конструкторской документации. Обозначения шероховатости поверхностей.
      16.      ГОСТ 2.310-68. Единая система конструкторской документации. Нанесение на чертежах обозначений покрытий, термической и других видов обработки.
      17.      ГОСТ 2.311-68. Единая система конструкторской документации. Изображение резьбы.
      18.      ГОСТ 2.312-72. Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений.
      19.      ГОСТ 2.313-82. Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения неразъемных соединений.

6

     20.       ГОСТ 2.316-68. Единая система конструкторской документации. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц.
     21.       ГОСТ 2.605-68. Единая система конструкторской документации. Плакаты учебно-технические. Общие технические требования.
     22.       ГОСТ 2.701-84. Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
     23.       ГОСТ 2.702-75. Единая система конструкторской документации. Правила выполнения электрических схем.
     24.       ГОСТ 2.703-68. Единая система конструкторской документации. Правила выполнения кинематических схем.
     25.       ГОСТ 2.704-76. Единая система конструкторской документации. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем.
     26.       ГОСТ 2.710-81. Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.
     27.       ГОСТ 2.721-74. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
     28.       ГОСТ 2.747-68. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Размеры условных графических обозначений.
     29.       ГОСТ 3.1105-84. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов общего назначения.
     30.       ГОСТ 3.1118-82. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления маршрутных карт.
     31.       ГОСТ 3.1403-85. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции ковки и штамповки.
     32.       ГОСТ 3.1404-86. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов на технологические процессы и операции обработки резанием.
     33.       ГОСТ 3.1407-86. Единая система технологической документации. Формы и требования к заполнению и оформлению документов на технологические процессы (операции), специализированные по методам сборки.
     34.       ГОСТ 3.1502-85. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов на технический контроль.
     35.       ГОСТ 7.1-2003. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления.
     36.       ГОСТ 7.9-95. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования.

7

      37.      ГОСТ 7.32-2001. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.
      38.      ГОСТ 8.417. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.
      39.      ГОСТ 19.401-78 Единая система программной документации. Текст программы. Требования к содержанию и оформлению.
      40.      ГОСТ 19.402-78. Единая система программной документации. Описание программы.
      41.      ГОСТ 19.502-78. Единая система программной документации. Описание применения. Требования к содержанию и оформлению.
      42.      ГОСТ 19.701-90. Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения.
      43.    ГОСТ 9327-60. Бумага и изделия из бумаги. Потребительские форматы.
      44.      ГОСТ 25346-89. Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений.
      45.      ГОСТ 25347-82. Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки.
      46.      СТО ОрелГТУ 72-04-12-2008. Система менеджмента качества. Выпускная квалификационная работа дипломированного специалиста. Требования к структуре, содержанию, оформлению, организации выполнения и представления к защите.
      47.    ГОСТ 2320-43.
      48.    ГОСТ 2322-43.

8

ВВЕДЕНИЕ


     Режимы резания являются основой любого технологического процесса, и их назначение служит одним из главных условий создания эффективных и ресурсосберегающих технологий машиностроительного и приборостроительного производства. Именно поэтому в курсовом и дипломном проектировании по специальности «Технология машиностроения» расчет и выбор режимов резания деталей занимает значительное место по объему и трудоемкости.
     Как известно, к элементам режимов резания относят глубину резания, подачу, скорость и силу резания, необходимые для выполнения рабочего перехода технологической операции механической обработки детали.
     Назначение режимов резания может быть проведено двумя способами:
     -       расчетно-аналитическим, при котором режимы резания подсчитывают по эмпирическим (полученным опытным путем) формулам теории резания;
     -       статистическим, при котором режимы резания назначают по справочным таблицам общемашиностроительных нормативов режимов резания.
     Независимо от выбранного способа, параметры режимов резания назначают таким образом, чтобы достичь наибольшей производительности труда при наименьшей себестоимости данной технологической операции. Эти условия удается выполнить при работе инструментом рациональной конструкции, с экономически целесообразной геометрией его режущей части, с максимальным использованием всех эксплуатационных возможностей станка.
     В курсовых или дипломных проектах аналитический расчет режимов резания по эмпирическим формулам производят по указанию руководителя проекта, и только для двух-трех технологических операций, например, для точения, сверления, фрезерования и т. п. Для остальных операций технологического процесса режимы резания устанавливают по таблицам общемашиностроительных нормативов режимов резания с учетом всех поправочных коэффициентов на особые условия механической обработки. При выборе режимов резания из нормативных таблиц надо сделать ссылку на справочник, таблицу и страницу.
     Расчеты режимов резания целесообразно сравнить с нормативными данными и сделать заключение о соответствии назначенных режимов резания с их значениями, полученными расчетным путем. Если расчеты режимов резания проводятся в период практики, полезно поинтересоваться у технологов предприятия о правилах назначения режимов резания, применяемых в условиях реального производства. Такой подход к назначению режимов резания позволит не только правильно их задать, но и понять принципы формообразования поверхностей деталей при их механической обработке на металлорежущих станках.

9

     Приведенные в тексте учебного пособия формулы режимов резания получены для универсального режущего инструмента с режущей частью из быстрорежущей стали или твердого сплава, припаянной к несущей части инструмента. Если процесс резания осуществляется посредством современного специального режущего инструмента или посредством инструмента с быстросменной режущей частью, то после расчета режимов резания надо выполнить их экспериментальную проверку и, при необходимости, сделать корректировку.

10

1. ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ


1.1. Элементы режимов резания
     Основными элементами режимов резания металлов являются глубина резания t, подача s и скорость резания v.
     Глубина резания определяется расстоянием между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренным по перпендикуляру к последней.
     Подачей называют перемещение инструмента (заготовки) за один оборот (рабочий ход) заготовки (инструмента).
     Скорость резания - отношение перемещения режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности к времени обработки.
     При расчете или выборе режимов резания учитывают также расчетные размеры (длину L обработки, диаметр D или ширину B обрабатываемой поверхности), приводят частоту вращения n шпинделя станка (или заготовки), определяют основное технологическое время Tо. Важным элементом является припуск Z на механическую обработку, по которому по принятой глубине резания t рассчитывается число рабочих ходов i. При необходимости определяют составляющие усилия резания, мощность резания и другие параметры [5].
     Режимы резания могут быть определены расчетным путем или взяты из нормативных документов. В зависимости от вида обработки, заготовки, материала выбирают режущий инструмент с требуемой характеристикой, глубину резания t и подачу s. По заданному периоду стойкости T инструмента, по значениям t и s определяют скорость резания v, а следовательно, частоту вращения n обрабатываемой заготовки или режущего инструмента.
     Для различных схем обработки деталей на различных металлорежущих станках приняты некоторые условные обозначения:
     D(d) - диаметр обрабатываемой (обработанной) поверхности или режущего инструмента, мм;
     l - длина обрабатываемой поверхности, мм;
     l1( 1₂) - длина врезания (перебега) режущего инструмента, мм;
     L - расчетная длина обработки, мм;
     i - число рабочих ходов инструмента;
     Z - односторонний припуск на обработку, мм;
     z - число зубьев фрезы;
     t - глубина резания за один рабочий ход, мм;
     v - скорость резания, м/мин;
     n - частота вращения шпинделя, об/мин;
     n дв. ход - число двойных ходов в минуту, дв. ход/мин;


11

     s - подача (продольная) за оборот шпинделя (заготовки), мм/об;
     s в - вертикальная подача;
     s п - поперечная подача;
     s м - минутная подача, мм/мин;
     s z - подача на зуб, мм/зуб;
     a - толщина среза, мм;
     b - ширина среза, мм;
     ф - главный угол в плане режущей части инструмента, ...°;
     T - период стойкости режущего инструмента, мин;
     Tо - основное (технологическое) время на операцию, мин.
     При назначении режимов обработки материал режущей части инструмента выбирают в зависимости от особенностей механической обработки, обрабатываемого материала и вида заготовки. Достижимые точность и шероховатость, получаемые на различных операциях, позволяют оценивать их возможности.

1.2. Назначение режимов резания

1.2.1. Общие положения
     Расчет (выбор) режимов резания производят по таблицам, либо путем расчетов в соответствии с существующими нормативами режимов резания или отраслевыми (заводскими) нормативными документами. При назначении режимов резания расчетным путем необходимо помнить, что применяемые формулы, как правило, являются эмпирическими, то есть, полученными экспериментальным путем. Эмпирические формулы справедливы только для тех условий, в которых проводился эксперимент, поэтому точные результаты по ним можно получить лишь при соблюдении заданных границ значений параметров. При назначении режимов резания придерживаются алгоритма, показанного на рисунке 1.1.

1.2.2. Анализ условий производства и исходных данных
     По чертежу детали устанавливают ее форму, точность размеров и шероховатость ее отдельных поверхностей, жесткость, материал, а также твердость и другие свойства обрабатываемого материала. По технологической документации определяют характер поверхностей, размеры и способ получения заготовки, припуски на механическую обработку. В ряде случаев выясняют назначение и особенности детали, особые требования к ее обработке, как правило, отраженные в технических требованиях рабочего чертежа. Важным фактором является информация об объеме производства (общее количество деталей). На


12

данную операцию технологического процесса выполняют (уточняют) операционный эскиз и оборудование. По техническому описанию (паспорту) уточняют параметры станка и, если известно, на каком конкретном станке будет проводиться обработка, оценивают его фактическое состояние и жесткость технологической системы «СПИД» - станок-приспособление-инструмент-деталь [5].


Рис. 1.1. Алгоритм назначения режимов резания

     Выбор инструмента и режимов резания по нормативам выполняют в соответствии с основным размерным параметром станка Dc (наибольшим возможным диаметром обрабатываемой заготовки), который является усредненным комплексным показателем жесткости и виброустойчивости технологиче

13