Режимы резания: точение и фрезерование

Элементы режима резания, расчёт скорости и частоты вращения, силы резания и мощности, машинное время, выбор инструмента и подачи для точения и фрезерования.

Расчёт режимов резания — обязательная часть технологической курсовой. Схема одинакова для любой операции: назначаем глубину, выбираем подачу, считаем скорость, проверяем по мощности станка.

Элементы режима резания

Точение — связь скорости и частоты вращения:

  v = π·D·n/1000    [м/мин],  D в мм
  n = 1000·v/(π·D)  [об/мин]

Глубина при наружном точении:
  t = (D − d)/2

Подача выбирается по справочнику в зависимости от
материала, сечения резца и требуемой шероховатости:
  черновое точение стали   0,3-0,8 мм/об
  чистовое                 0,1-0,3 мм/об
  тонкое                   0,05-0,1 мм/об

Скорость резания

  v = C_v · K_v / (T^m · t^x · S^y)

C_v, m, x, y — табличные коэффициенты для пары
материал-инструмент
T — период стойкости инструмента, обычно 60 мин

Поправочный коэффициент:
  K_v = K_м · K_и · K_φ · K_о

  K_м — материал заготовки
  K_и — материал инструмента
  K_φ — главный угол в плане
  K_о — состояние поверхности (корка снижает скорость)

Сила резания и мощность

Главная составляющая силы резания:

  P_z = 10·C_p · t^x · S^y · v^n · K_p     [Н]

Мощность резания:

  N = P_z · v / (60 · 1020)     [кВт]

Проверка по станку:
  N ≤ N_ст · η,   η = 0,75…0,85 — КПД привода

Если не проходит — уменьшают подачу или глубину,
а не скорость: скорость влияет на мощность сильнее,
но определяет производительность.

Пример: точение вала ⌀60 → ⌀54 мм, длина 200 мм
Сталь 45, резец Т15К6, станок 16К20 (N = 10 кВт)

  Глубина: t = (60 − 54)/2 = 3 мм
  Подача (чистовое, Ra 3,2): S = 0,3 мм/об
  Табличная скорость: v = 150 м/мин

  n = 1000·150/(3,14·60) = 796 об/мин
  По паспорту 16К20 берём ближайшую меньшую: n = 630 об/мин
  Фактическая скорость: v = 3,14·60·630/1000 = 118,7 м/мин

  Сила резания ≈ 1900 Н
  N = 1900·118,7/(60·1020) = 3,7 кВт < 10·0,8 = 8 кВт ✓

Машинное время

Точение:
  T_м = L·i / (n·S)     [мин]

  L = l + y + Δ — расчётная длина хода
  l — длина обработки, y — врезание, Δ — перебег (1-3 мм)

Продолжение примера:
  L = 200 + 3 + 2 = 205 мм
  T_м = 205/(630·0,3) = 1,08 мин

Штучное время:
  T_шт = T_м + T_всп + T_обсл + T_отд

Вспомогательное время (установка, замеры) часто
превышает машинное — на это обращают внимание
при проектировании операции.

Фрезерование

  v = π·D·n/1000        D — диаметр фрезы

Подача на зуб, на оборот и минутная:
  S_z  — мм/зуб (табличная)
  S_о = S_z · z
  S_м = S_z · z · n      [мм/мин]

Машинное время:
  T_м = L·i/S_м

Врезание при торцевом фрезеровании:
  y = 0,5·(D − √(D² − B²)) + (1…3)
  B — ширина фрезерования

Попутное фрезерование выгоднее по стойкости и качеству, но при зазоре в винте подачи фрезу затягивает и заготовку рвёт из крепления. На старых станках работают встречным, на современных с ШВП — попутным.

Порядок назначения режимов

1. Определить припуск и разбить его на черновые и чистовые проходы.
2. Назначить глубину: максимально возможную для черновых проходов, минимальную для чистовых.
3. Выбрать подачу по справочнику — по требуемой шероховатости для чистовых, по прочности инструмента и станка для черновых.
4. Рассчитать скорость резания с поправочными коэффициентами.
5. Найти частоту вращения и округлить до паспортной ступени станка.
6. Пересчитать фактическую скорость.
7. Проверить по мощности станка и по прочности механизма подачи.
8. Вычислить машинное и штучное время.