Как найти скорость резания при сверлении

ЗЕНКЕРОВАНИИ,
РАЗВЕРТЫВАНИИ

3.1. Глубина резания
t,
мм. При
сверлении глубина резания t
= 0,5 D,
при рассверливании, зенкеровании и
развертывании t
= 0,5 (D
– d),

где d
– начальный
диаметр отверстия;

D
– диаметр отверстия после обработки.

3.2. Подача s,
мм/об. При
сверлении отверстий без ограничивающихся
факторов выбираем максимально допустимую
по прочности сверла подачу (табл.24). При
рассверливании отверстий подача,
рекомендованная для сверления, может
быть увеличена до 2 раз. При наличии
ограничивающих факторов подачи при
сверлении и рассверливании равны. Их
определяют умножением табличного
значения подачи на соответствующий
поправочный коэффициент, приведенный
в примечании к таблице. Полученные
значения корректируем по паспорту
станка
(приложение 3). Подачи при зенкеровании
приведены в табл. 25, а при развертывании
– в табл.26.

3.3. Скорость
резания v_р,
м/мин. Скорость
резания при сверлении

а при рассверливании,
зенкеровании, развертывании

Значения коэффициентов
С_v
и
показателей степени m,
x,
y,
q
приведены
для сверления в табл.27, для рассверливания,
зенкерования и развертывания – в табл.
28,
а значения периода стойкости Т
– табл. 30.

Общий поправочный
коэффициент на скорость резания,
учитывающий фактические условия резания,

К_v
= К_мv
К_иv
К_ιv,

где К_мv
— коэффициент
на обрабатываемый материал (см. табл.
1,
3, 7, 8);

К_иv
– коэффициент
на инструментальный материал (см. табл.
4);

К_ιv,
— коэффициент учитывающий глубину
сверления (табл. 29). При рассверливании
и зенкеровании литых или штампованных
отверстий вводится дополнительно
поправочный коэффициент К_пv
(см. табл.
2).

3.4. Частоту вращения n, об/мин, рассчитывают по формуле

об/мин,

где
v_p
– скорость резания, м/мин;

D
– диаметр отверстия, мм.

После расчета
частоты вращения принимают ее ближайшее
меньшее значение по паспорту станка
(приложение 3). Затем уточняют скорость
резания по принятому значению n_пр.

3.5. Крутящий
момент M_кр,
Н·м, и осевую силу Р_о,
Н, рассчитывают
по формулам:

при сверлении

М_кр
= 10 С_мD^qs^yК_р
;

Р₀
= 10 С_р
D^qs^yК_р
;

при рассверливании
и зенкеровании

М_кр
= 10 С_мD^q
t^x
s^yК_р
;

Р₀
= 10 С_р
t^x
s^yК_р
;

Значения С_м
и С_р
и показателей
степени q,
x,
y
приведены
в табл. 31.

Коэффициент K_p,
учитывающий фактические условия
обработки, в данном случае зависит
только от материала обрабатываемой
заготовки и определяется выражением

К_р
= К_мр.

Значения коэффициента
К_мр
приведены для стали и чугуна в табл. 11,
а для медных и алюминиевых сплавов – в
табл. 10.

Для определения
крутящего момента при развертывании
каждый зуб инструмента можно рассматривать
как расточной резец. Тогда при диаметре
инструмента D
крутящий момент, H·м,

;

здесь s_z
– подача, мм на один зуб инструмента,
равная s/z,

где s
– подача,
мм/об, z
– число зубьев развертки. Значения
коэффициентов и показателей степени
см. в табл. 22.

3.6. Мощность
резания N_e,
кВт, определяют
по формуле:

где n_пр
— частота вращения инструмента или
заготовки, об/мин,

Мощность резания
не должна превышать эффективную мощность
главного привода станка N_е<N_э
(
,
где N_дв
— мощность
двигателя, 
— кпд станка). Если условие не выполняется
и N_еN_э,
снижают скорость резания. Определяют
коэффициент перегрузки

рассчитывают новое меньшее значение
скорости резания

.

Также проверяют
подачу станка и по допустимому усилию

,
где Р_ост
– осевая
сила станка.

3.7. Основное время
Т_о,
мин, рассчитывают
по формуле

,

где L
– длина
рабочего хода инструмента, мм;

Длина рабочего
хода, мм, равна L=l+l₁+l₂,

где l
– длина обрабатываемой поверхности,
мм;

l₁
и l₂
– величины врезания и перебега
инструмента, мм (см. приложение 4).

Таблица 24

Подача, мм/об, при
сверлении стали, чугуна, медных и
алюминиевых сплавов сверлами из
быстрорежущей стали

Таблица
25

Подачи,
мм/об, при обработке отверстий зенкерами
из быстрорежущей стали и твердого
сплава

Таблица
26

Подачи,
мм/об, при предварительном (черновом)
развертывании отверстий развертками
из быстрорежущей стали

Таблица
27

Значения
коэффициента С_v
и показателей степени в формуле скорости

резания
при сверлении

Таблица
28

Значения
коэффициента С_v
и показателей степени в формуле скорости

резания
при рассверливании, зенкеровании и
развертывании

Таблица
29

Поправочный
коэффициент К_lv
на скорость резания при сверлении,

учитывающий
глубину обрабатываемого отверстия

Таблица 30

Средние
значения периода стойкости сверл,
зенкеров и разверток

Инструмент (операция)	Обрабатываемый материал	Материал режущей части инструмента	Стойкость Т, мин, при диаметре инструмента, мм
До 5	6-10	11-20	21-30	31-40	41-50	51-60	61-80
Сверло (сверление и рассверливание)	Конструкционная углеродистая и легированная сталь	Быстрорежущая сталь	15	25	45	50	70	90	110	—
Твердый сплав	8	15	20	25	35	45	—	—
Коррозионно-стойкая сталь	Быстрорежущая сталь	6	8	15	25	—	—	—	—
Серый и ковкий чугун, медные и алюминиевые сплавы	Быстрорежущая сталь	20	35	60	75	105	140	170	—
Твердый сплав	15	25	45	50	70	90	—
Зенкеры (зенкерование)	Конструкционная углеродистая и легированная сталь, серый и ковкий чугун	Быстрорежущая сталь и твердый сплав	—	—	30	40	50	60	80	100
Развертки (развертывание)	Конструкционная углеродистая и легированная сталь	Быстрорежущая сталь	—	25	40	80	80	120	120	120
Твердый сплав	—	20	30	50	70	90	110	140
Серый и ковкий чугун	Быстрорежущая сталь	—	—	60	120	120	180	180	180
Твердый сплав	—	—	45	75	105	135	165	210

Таблица 31

Значения
коэффициентов и показателей степени в
формулах крутящего момента и осевой
силы при

сверлении,
рассверливании и зенкеровании

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Вторым после точения, самым распространенным видом механической обработки является сверление. К нему же приравнивается развертывание, зенковка, рассверливание. При расчете режимов резания можно, пренебрегая жесткостью системы обработки, представить, что это одновременное растачивание несколькими резцами, поэтому принцип расчета будет аналогичен токарной обработке. Однако при малых диаметрах сверла, менее 10 мм, режимы резания расчитываются исходя из целостности сверла после обработки. Другими словами, режимы считаются таким образом, чтобы сверло не изломалось, поэтому расчет производится исходя из характеристик прочности инструмента.

Однако, во время экспериментов с методикой, было выявлена ошибка, в связи с которой скорость резания была слишком высока, это выражалось длительностью сверления, но высокой стойкостью инструмента, и высоким качеством обработки. Плюс это или минус необходимо решать при определенной задаче, поскольку низкие подачи могут вызвать быстрое затупление режущей части (или даже налипание), однако при слишком высоких подачах вероятен излом инструмента, не говоря уже о понижении безопасности обработки.

С нашей методикой расчета режимов для сверления можно ознакомиться ниже. В соответствующей теме форума можно скачать макрос автоматического расчета режимов резания для сверлильных работ.

Методика расчета режимов резания при сверлильных работах

            При сверлильных работах рекомендуется задавать режимы исходя из мощности используемого оборудования. Наиболее удобный материал режущего инструмента – быстрорежущая сталь (Р18, Р6М5). Подачи при сверлильных работах вычислять по формуле:

S— подача, мм/об

D— диаметр сверла, мм

С- коэффициент, зависящий от обрабатывемого материала и иных технологических факторов (чистота поверхности, наличие дальнейшей обработки и т.д) (таблица 1)

Kls— коэффициент на подачу, зависящий от условия выхода стружки (таблица 2)

Таблица 1

I группа подач— сверление глухих отверстий или рассверливание без допуска по 5-му классу точности или под последующее рассверливание

II группа подач- сверление глухих и сквозных отверстий в деталях нежесткой конструкции, сверление под резьбу и рассверливание под последующую обработку зенкером или развертками

III группа подач- сверление глухих и сквозных отверстий и рассверливание под дальнейшую обработку

Таблица 2

Режимы резания при сверлении

            Затрачиваемая мощность при сверлении зависит от крутящего момента. Крутящий момент вычисляется по формуле:

Мкр- крутящий момент, воспринимаемый сверлом при резании, Н*м

См, q, y— коэффициенты на крутящий момент при сверлении, зависящий от условий резания (таблица 3)

D— диаметр сверла, мм

S— подача, мм/об

Кмр- коэффициент на крутящий момент, зависящий от механических свойств материала (таблица 4)

Таблица 3

Таблица 4

            У нормальных сверл диаметром выше 10 мм не возникает опасности излома от чрезмерно большого крутящего момента, так как для этих диаметров наибольшие напряжения, возникающие в сверле, обычно лимитируются скоростью затупления при возрастании скорости резания и подачи. Для сверл диаметра меньше 10 мм, крутящий момент рекомендуется рассчитывать по ф-ле ,

для обеспечения целостности инструмента.

            Приравняв  и  можно вычислить максимально возможные подачи для сверл малого диаметра при сверлении заданного материала (таблица 5).

Таблица 5

            Для обеспечения жесткости СПИД при сверлении, необходимо устанавливать сверло в патроне с минимальным по возможности вылетом (больше на 3-5 мм чем глубина обрабатываемого отверстия).

            Скорость резания при сверлении вычисляется по формуле:

            Частота вращения вычисляется по формуле:

            Таблица расчетов режимов при сверлении на станке 2А135 в приложении 1.

Зенкерование и рассверливание

             Подача при зенкеровании и рассверливании рассчитывается аналогично по формуле:

            Крутящий момент рассчитывается по формуле:

            Значения коэффициентов Сm, x, y, q выбирать по таблице 6

Таблица 6

D- диаметр сверла

d- диаметр ранее рассверленного отверстия

            Скорость резания рассчитывается по формуле:

            Частота вращения вычисляется по формуле:

Развертывание

            Для определения крутящего момента при развертывании, каждый зуб инструмента можно рассматривать как расточной резец.

s_Z— подача на обин зуб инструмента (равна s/Z)

s— подача, мм/об

Z— число зубьев развертки

Коэффициенты Сp, x, y в таблице 7

Таблица 7

            Скорость резания рассчитывается по формуле:

            Частота вращения вычисляется по формуле:

            Таблица расчетов режимов при развертывании на станке 2А135 в приложении 2.

            При введении методики расчетов в системе ТехноПро рекомендуется для сверления и развертывания, подсчитанные режимы внести в информационную базу данных, тем самым, избегая программирования условия расчета и упрощая работу системы. Для расчета режимов при зенкеровании и рассверливании необходимо спрограммировать условия, используя коэффициенты из таблицы 6.

Режимы резания в механообработке — это совокупность рабочих параметров, определяющих, с какой скоростью, силой и на какую глубину происходит погружение резца в деталь в процессе удаления с ее поверхности слоя металла.

Их базовые значения определяются расчетным путем на основании геометрии режущей кромки инструмента и обрабатываемого изделия, а также скорости их сближения. На реальные процессы обработки металла оказывает влияние множество факторов, связанных с особенностями применяемого инструмента, станочного оборудования и обрабатываемого материала.

Поэтому для расчета технологических режимов резания применяются эмпирические формулы. А базовые значения входят в их состав вместе с такими справочными величинами, как группы поправочных коэффициентов, величина стойкости, параметры условий обработки и пр.

Режимы резания влияют не только на заданную точность и класс обработки изделия. От них зависит сила, с которой кромка инструмента воздействует на металл, что напрямую влияет на потребляемую мощность, уровень выделения тепла и скорость износа инструмента.

Поэтому расчет их параметров является одной из основных задач технологических служб предприятий. Несмотря на множество разновидностей металлорежущего оборудования и инструмента, в основе всей механообработки лежат единые закономерности.

Поэтому методики вычисления режимов резания унифицированы и систематизированы в три основные группы: для токарных работ, для сверления и для фрезерования. Все остальные виды расчетов являются производными.

Параметры при расчете режима резания

Основной расчет режимов механообработки ведется на основании трех параметров: скорости резания (V), подачи (S) и глубины резания (t). Для получения практических значений этих параметров, которые можно будет использовать в производстве, на первом этапе определяют их расчетные величины.

После чего по ним с помощью эмпирических формул, справочных таблиц и данных из паспортов оборудования выполняют подбор технологических режимов резания, которые будут наилучшим образом соответствовать виду обрабатываемого материала, возможностям станка, а также типу и характеристикам инструмента.

От правильного расчета и выбора данных параметров зависит не только качество обработки, но и такие показатели, как производительность, себестоимость продукции и эксплуатационные расходы. Кроме того, сила воздействия на инструмент в процессе обработки влияет не только на скорость его износа, но и на состояние оснастки и приспособлений.

Следствием работы на слишком больших скоростях и подачах является недопустимая вибрация и повышенная нагрузка на узлы и механизмы оборудования. А это может привести не только к потере точности, но и к выходу станка из строя.

Как правило, режимы резания проверяют и корректируют при пробной обработке детали. Поэтому их выбор зависит не только от правильности расчетов, но и от опыта технолога и станочника.

Скорость

Временно́й цикл обработки детали состоит из трех базовых компонентов: подготовительно-заключительного, вспомогательного и основного времени. Последнее включает в себя все операции резания металла на заданных режимах. В силу особенностей механообработки основное время — это самая затратная составляющая цикла обработки детали.

При этом его величина, а следовательно, и себестоимость изделия напрямую зависят от скорости резания. Поэтому правильный подбор данного параметра важен не только с технологической, но и с экономической точки зрения.

В общем виде формула расчетной скорости резания выглядит так:

В указанной формуле значение параметра D зависит от вида обработки. Для токарной обработки это диаметр детали, для прочих видов — диаметр режущего инструмента (сверла, фрезы). Параметр n — это скорость вращения шпинделя в оборотах за минуту.

Таким образом происходит определение теоретической величины скорости резания, которая является исходной для последующих вычислений. В частности, она используется для расчета теоретической глубины резания, которая обозначается t. По причине того что реальная скорость резания зависит от множества факторов, ее вычисление осуществляется по эмпирической формуле, в которой единственной расчетной величиной является t:

Здесь Cv — это безразмерная константа, зависящая от различных аспектов обработки; T — нормативное время стойкости инструмента; t — глубина резания; Sо — подача; Кv — сводный коэффициент, являющийся произведением восьми поправочных коэффициентов.

Подача

Подача (обозначается S) — это путь, который проходит режущая кромка за условную единицу. В зависимости от вида механообработки подача может иметь разную размерность. Длина пройденного пути всегда измеряется в миллиметрах, но соотноситься она может либо с одним оборотом (в токарной обработке), либо с одной минутой (при сверлении и фрезеровании).

Таким образом, при сверлении — это величина перемещения кончика сверла в глубь поверхности за одну минуту (мм/мин.), а при токарных операциях — продольное или поперечное перемещение резца за один оборот детали (мм/об.).

В силу специфики отдельных чистовых операций для них используется такой параметр, как «подача на зуб», которая измеряется в мм/зуб. Ее применяют при работе с инструментом, имеющим несколько лезвий, а ее значение показывает, какой путь кромка (зуб) одного лезвия прошла за один оборот шпинделя.

Величину этого параметра также можно вычислить, разделив подачу инструмента за один оборот на количество режущих лезвий.

Поскольку подача напрямую зависит от паспортных параметров конкретного оборудования, ее значение, как правило, не рассчитывают, а выбирают из таблиц в соответствующих технологических справочниках.

Производительность металлорежущего оборудования напрямую зависит от величины подачи. Кроме того, она является базовым параметром для расчета основного времени обработки. Теоретически при мехобработке необходимо задавать предельно возможное значение подачи.

Но в этом случае вступают в силу ограничения по возможностям станочного оборудования и требования к классу чистоты.

Максимальные значения подачи применяют при обдирке и черновой обработке, а минимальные — при выполнении чистовых операций.

Глубина

Глубина резания — это толщина металла, снимаемого на единичный рабочий ход режущей кромки. Его величина зависит от конструкции режущей части инструмента и его прочностных параметров (в том числе предельной тангенциальной силы), а также мощности станка, твердости обрабатываемого материала и требований к чистоте поверхности.

Этот параметр является определяющим при расчете количества рабочих ходов лезвия для полного удаления припуска. Глубина резания обозначается латинской буквой t и измеряется в миллиметрах.

При обточке она равна разности радиусов детали до и после рабочего хода, а при сверлении — половине диаметра режущей части инструмента.

Сила

Процесс обработки детали режущим инструментом сопровождается возникновением пары сил. С первой силой, которая обозначается R, инструмент воздействует на поверхность детали, а вторая сила возникает в результате встречного сопротивления обрабатываемого материала.

Сила R является векторной суммой трех сил: осевой, тангенциальной и радиальной. Их векторы являются проекциями вектора силы R на оси X, Y, Z. На рисунке ниже представлено изображение векторов сил, возникающих при токарном точении.

При технологических расчетах используют не саму силу R, а ее составляющие. Из них самая значимая и большая по величине — эта тангенциальная сила Rz.

На практике она носит название сила резания, т. к. именно от нее зависит расход мощности и крутящий момент шпинделя. Силу резания вычисляют по эмпирическим формулам, данные для которых берут из справочных технологических таблиц.

Расчет для токарной обработки производится по следующей формуле:

Кроме константы Ср, степенных показателей подачи, глубины и скорости резания, в формулу расчета силы резания входит корректирующий коэффициент Кр. Он представляет собой произведение пяти поправочных коэффициентов, учитывающих особенности обработки различных материалов.

Для измерения сил резания в режиме реального времени применяют емкостные, индуктивные и тензометрические датчики. Последние являются самыми компактными и наиболее точными.

При их использовании на станках с ЧПУ сила резания может адаптивно увеличиваться или уменьшаться путем автоматической корректировки величины подачи и числа оборотов.

Это позволяет вести непрерывную обработку без вмешательства оператора, а также предотвращает поломку инструмента и уменьшает его износ.

Как правильно рассчитать режим резания при сверлении

При работе сверла на него воздействует та же совокупность сил, что и на токарный резец. Поэтому для расчета режимов резания при сверлении используется аналогичная методика, но со своей геометрией и соответствующими значениями параметров.

Силы Рz направлены в противоход главному движению и находятся в прямой зависимости от скорости резания (см. рис. ниже). Силы Рх, Рn и Рл воздействуют на конструктивные элементы сверла и определяют значение осевой силы (Ро), соответствующей силе привода станка.

Главные технологические параметры сверла — осевая сила и крутящий момент. Их определяют расчетным путем с помощью эмпирических формул:

Здесь Ср и См — это константы, значение которых зависит от вида сверления, а также свойств материалов и обрабатываемой детали; D — диаметр сверла и S — подача.

Корректирующий коэффициент Кр в данной формуле связан только с характеристиками материала детали.

Условия резания при сверлении гораздо сложнее, чем при токарной обработке, т. к. в этом случае значительно затруднен отвод стружки и тепла. Применение СОЖ дает намного меньший эффект в связи со сложностью подвода жидкости к зоне резания.

К тому же все факторы, которые оказывают влияние на процесс сверления, при подборе режимов по таблицам и формулам учесть невозможно.

Поэтому для проверки и корректировки технологических режимов, как правило, используют пробную обработку детали.

Правильный расчет режимов резания при сверлении производится по сложным формулам с использованием таблиц из технологических справочников.

А есть ли какой-нибудь упрощенный способ, основанный на количестве оборотов и виде материала сверла, который можно применять в повседневной практике? Если кто-нибудь может посоветовать такой расчет, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.