Как найти подачу при токарной обработке

Режимы резания при токарной обработке и точении: таблицы формул, расчет подачи и скорость

25.08.2020

Подготовимся к проведению одной из наиболее распространенных операций. Рассмотрим расчет подачи и режимов резания при токарной обработке. Его важность сложно переоценить, ведь если он проведен правильно, то помогает сделать техпроцесс эффективным, снизить себестоимость производства, повысить качество поверхностей деталей. Когда он выбран оптимально, это самым положительным образом влияет на продолжительность работы и целостность инструментов, что особенно важно в перспективе длительной эксплуатации станков с поддержанием их динамических и кинематических характеристик. И наоборот, если его неверно выбрать и взять не те исходные показатели, ни о каком высоком уровне исполнения продукции говорить не придется, возможно, вы даже столкнетесь с браком.

Режимы резания: что это такое

Это целый комплекс характеристик, задающих условия проведения токарной операции. Согласно технологическим маршрутам, обработка любого элемента (особенно сложного по форме) проводится в несколько переходов, для каждого из которых требуются свои чертежи, размеры и допуски, оборудование и оснастка. Вычислив и/или подобрав все эти параметры один раз для первой заготовки, в дальнейшем вы сможете подставлять их по умолчанию – при выпуске второй, пятой, сотой детали – и таким образом минимизируете время на подготовку станка и упростите контроль качества, то есть оптимизируете процесс производства.

В число основных показателей входит глубина, скорость, подача, в список дополнительных – масса объекта, припуски, частота, с которой вращается шпиндель, и в принципе любая характеристика, влияющая на результат обработки. И важно взять те из них, что обеспечат лучшую итоговую точность, шероховатость и экономическую целесообразность.

Есть несколько способов провести расчет режимов резания при точении:

• • аналитический;
• • программный;
• • табличный.

Первый достаточно точный и до появления мощной компьютерной техники считался самым удобным. По нему все вычисления осуществлялись на основании паспортных данных оборудования: мощность двигателя, частоту вращения шпинделя и другие показатели подставляли в уже проверенные эмпирические выражения и получали нужные характеристики.

С разработкой специализированного ПО задача калькуляции существенно упростилась – все операции выполняет машина, быстрее человека и с гораздо меньшей вероятностью совершения ошибок.

Когда под рукой нет компьютера или формул, зато есть опыт, можно определить подходящие критерии на основании нормативных и справочных данных из таблиц. Но для этого необходимо учитывать все изменения значений, даже малейшие, что не всегда удобно в условиях производства.

Особенности определения режимов резания при точении

В первую очередь нужно выбрать глубину обработки, после нее – подачу и скорость. Важно соблюсти именно такую последовательность – в порядке увеличения степени воздействия на инструмент. Сначала вычисляются те характеристики, которые могут лишь минимально изменить износ резца, в конце те, что влияют на ресурс по максимуму.

Параметры следует определять для предельных возможностей оборудования, в обязательном порядке учитывая размеры, металл исполнения, конструкцию инструмента.

Важным пунктом является нахождение подходящей шероховатости. Плюс, правильнее всего взять лезвие под конкретный материал, ведь у того же чугуна одна прочность и твердость, а у алюминия – совсем другая. Не забывайте также, что в процессе происходит нагрев детали и возрастает риск ее деформации.

Выбор режима резания при точении на токарном станке продолжается установлением типа обработки. Какой она будет, черновой или чистовой? Первая грубая, для нее подойдут инструменты, выполненные из твердых сталей и способные выдержать высокую интенсивность техпроцесса. Вторая тонкая, осуществляется на малых оборотах, со снятием минимального слоя металла.

Глубина определяется количеством проходов, за которые убирается припуск. Подача представляет собой расстояние, преодолеваемое кромкой за вращение заготовки, и может быть одного из трех типов:

• • минутная;
• • на зуб;
• • на оборот.

Скорость в значительной степени зависит от того, какая именно операция выполняется, например, при торцевании она должна быть высокой.

Характеристики режимов резания

Прежде чем подробно рассмотреть все основные параметры, скажем еще несколько слов о методах вычислений. Точнее, о том, как от графики перешли к аналитике и компьютеризации.

По мере совершенствования производства даже самые подробные таблицы оказывались все менее удобными: столбцы, колонки, соотношения – на изучение этого и поиск нужного значения уходило огромное количество времени. И это при том, что основные показатели связаны между собой, и уменьшение/увеличение одного из них провоцировало менять остальные.

Установив столь очевидную зависимость, инженеры стали пользоваться аналитическим способом, то есть продумали эмпирические формулы, и начали подставлять в них частоту вращения шпинделя, мощность силового агрегата и подачу и находить нужные характеристики. Ну а развитие компьютеров и появление вычислительного ПО серьезно упростило задачу и защитило итоговые результаты от ошибок человеческого фактора.

Схема расчетов режима резания на токарном станке

Порядок действий следующий:

1. • Выбираете, каким инструментом будете пользоваться в данной ситуации; для хрупких материалов подойдет лезвие со сравнительно небольшими показателями прочности, но для твердых – с максимальными.
2. • Определяете толщину снимаемого слоя и число проходов, исходя из актуального метода обработки. Здесь важно обеспечить оптимальную точность, чтобы изготовить изделие с минимальными погрешностями геометрических габаритов и поверхностей.

Теперь переходим к рассмотрению конкретных характеристик, играющих важную роль, и к способам их практического нахождения или изменения.

Глубина резания при токарной обработке на станке

Ключевой показатель для обеспечения качества исполнения детали, показывающий, сколько материала нужно убрать за один проход. Общее количество последних вычисляется с учетом следующего соотношения припусков:

• • 60% – черновая;
• • от 20 до 30% – смешанная;
• • от 10 до 20% – чистовая.

Также свою роль играет то, какая форма у заготовки и что за операция выполняется. Например, при торцевании рассматриваемый параметр приравнивается к двойному радиусу предмета, а для цилиндрических деталей он находится так:

k = (D-d)/2, где:

• D и d – диаметры, начальный и итоговый соответственно;
• k – глубина снятия.

Если же изделие плоское, используются обычные линейные значения длины – 2, 1-2 и до 1 мм соответственно. Здесь же есть зависимость от поддерживаемого класса точности: чем он меньше, тем больше нужно совершить подходов для получения результата.

Как определить подачу при точении

Фактически она представляет собой то расстояние, на которое резец передвигается за один оборот, совершаемый заготовкой. Наиболее высока она при черновой обработке, наименее – при чистовой, когда действовать следует аккуратно, и в дело также вступает квалитет шероховатости. В общем случае ее делают максимально возможной (для операции) с учетом ограничивающих факторов, в числе которых:

• • мощность станка;
• • жесткость системы;
• • стойкость и ресурс лезвия.

При фрезеровании отдают предпочтение варианту «на зуб», при зачистке отверстий – рекомендованному для текущего инструмента, в учебных целях – самую распространенную, то есть 0,05-0,5 об/мин.

Формула расчета подачи при точении, связывающая между собой все ее виды, выглядит так:

SM = S*n = SZ*Z*n, где:

n – частота вращения резца,

Z – число зубцов.

Для упрощения вычислений можно брать данные отсюда:

Диаметр, заготовки, мм	Размер инструмента, мм	Подача, мм/об, с выбранной глубиной резания, мм
до 3	3-5	5-8	8-12	от 12
Для стали
до 20	16х25-25х25	0,3-0,4	–
20-40	0,4-0,5	0,3-0,4	–
40-60	16х25-25х40	0,5-0,9	0,4-0,8	0,3-0,7	–
60-100	0,6-1,2	0,5-1,1	0,5-0,9	0,4-0,8	–
100-400	0,8-1,3	0,7-1,2	0,6-1	0,5-0,9	–
400-500	20х30-40х60	1,1-1,4	1-1,4	0,7-1,2	0,6-1,2	0,4-1,1
500-600	20х30	1,2-1,5	1-1,4	0,8-1,3	0,6-1,3	0,4-3,2
Для чугуна
до 20	16х25-25х25	–
20-40	0,4-0,5	–
40-60	16х25-25х40	0,6-0,9	0,5-0,8	0,4-0,7	–
60-100	0,8-1,4	0,7-1,2	0,6-1	0,5-0,9	–
100-400	1-1,3	0,9-1,4	0,8-1,1	0,6-0,9
400-500	20х30-40х60	1,3-1,6	1,2-1,5	1,1-1,3	0,8-1	0,7-0,9
500-600	20х30	1,5-1,8	1,2-1,6	1-1,4	0,9-1,2	0,8-1

Если операции осуществляются под серьезными ударными нагрузками, выбранное значение необходимо помножить на 0,85. Если металлом детали является жаропрочная конструкционная сталь, следует ограничиться 1 мм/об.

Расчет скорости резания при токарной обработке

Это показатель с сильнейшим влиянием, зависящий от следующих факторов:

• • тип работы;
• • вид используемого инструмента;
• • материал исполнения заготовки.

Так, торцы отрезаются так быстро, как только возможно, в то время как сверление выполняется уже гораздо медленнее. Для решения стандартных задач параметр можно без труда вычислить, умножив диаметр будущего изделия на число оборотов в минуту и на тт, а затем разделив на поправочный коэффициент в 1000. Для упрощения можно воспользоваться специальным программным обеспечением.

Но если под рукой нет компьютера с установленным ПО или даже калькулятора, есть альтернативный вариант – уже подсчитанная скорость резания при точении из таблицы (ее мы отдельно приведем ниже). Также представим вашему вниманию две формулы – чтобы вы могли воспользоваться любой из них на основе уже имеющихся значений, а после обратили свое внимание на нормированные показатели.

Проверка принятых характеристик

Оборудование необходимо эксплуатировать подходящим образом – это нужно не только для производительности, но и с точки зрения эксплуатации.

Допустим, что вы остановились на каких-то значениях, что предпринять дальше? Прежде чем настраивать по ним станок, необходимо убедиться, что они правильные, так сказать, подтвердить правильность выбора режимов резания при токарной обработке.

Для этого нужно лишь заглянуть в паспорт оборудования и свериться с рекомендованными параметрами. Нормированные показатели должны быть выше тех, что взяли вы. Если это условие не выполняется, следует скорректировать величины, иначе техника вполне может выйти из строя в процессе изготовления деталей.

Какой инструмент использовать

Такой, что обеспечит:

• • необходимую форму и геометрические параметры заготовки;
• • достаточное качество готовой поверхности;
• • технологичность и безопасность процесса выпуска;
• • минимальные энергетические затраты при хорошей производительности;
• • экономичный расход дорогих и/или редких материалов;
• • ремонтопригодность изделия.

Выше мы уже писали, что длина обработки (резания) и подача на оборот при точении зависят лезвия, поэтому его тоже нужно рассмотреть подробнее. Сделаем это прямо сейчас, сгруппировав все разнообразие вариантов по главным признакам и выделив их особенности.

Классификация инструментов

Разделить их можно по трем показателям, каждый из которых оказывает достаточно сильное влияние на результаты проведения операций. Если установить неподходящий, это обернется недостаточной продуктивностью труда, ухудшением точности, повышением износа функциональных узлов или даже нарушением техники безопасности. Поэтому так важно правильно определиться и использовать то, что подходит для станка.

По способу обработки

Чтобы вам было проще выбирать рекомендуемые режимы резания при точении, таблицы составлены для таких разновидностей лезвий:

• • проходные;
• • резьбовые;
• • галтельные;
• • расточные;
• • фасонные;
• • резьбовые;
• • прорезные;
• • подрезные;
• • отрезные.

Между собой они различаются формой, размерами и исполнением кромок.

По материалу рабочей части

Они бывают:

• инструментальные;
• быстрорежущие;
• минералокерамические;
• твердосплавные – одно-, двух- и трехкарбидные (вольфрамовые, титановольфрамовые и титанотанталовольфрамовые соответственно).

Конкретный вариант подбирается, исходя из твердости поверхности детали – понятно, что он должен быть еще прочнее, чтобы не разрушаться при механическом контакте, а снимать стружку.

По исполнению

Есть один момент, о котором стоит помнить, выбирая любой параметр, например, обороты токарного станка по металлу: таблица составлена сразу для всех видов инструмента. При этом конструкция у него может быть:

• сборная;
• цельная;
• комбинированная.

У каждого типа свои преимущества. Первый отличается наибольшей ремонтопригодностью, ведь можно заменить лишь один деформированный элемент, а не весь резец. Зато второй гораздо лучше выдерживает повышенные нагрузки, так как равномерно воспринимает все силовые воздействия. Третий же сочетает в себе преимущества двух предыдущих, но стоит дороже всего.

Определяться вам, в зависимости от характера и твердости поверхности, точности снятия слоя, тех геометрических параметров, которые нужно получить в результате.

Формула подачи и режимов резания при токарной обработке

Для вычислений воспользуйтесь следующим выражением:

Vt = n x f (мм/мин), где:

• n – частота вращения;
• f – величина подачи на 1 оборот.

Также есть другие полезные соотношения, например, для нахождения эффективной мощности:

N (э) = (PZ x V)/(1020 x 60), причем:

P (z) – это максимальная нагрузка (тангенциальная сила), и она в свою очередь представлена в виде:

P (z) = 10Ср x t1 x S2 x V3 x Kp

Зная все эти величины, можно определить необходимую производительность станка:

N (п) = N(э)/η,

где η представляет собой заложенный заводом-изготовителем КПД (коэффициент полезного действия) оборудования.

Для выяснения оптимальной скорости резания при токарной обработке таблица необязательна – нужный показатель не составляет труда найти по следующей формуле:

VC = (DC x π x n)/1000 м/мин, где:

• DC – двойной радиус детали;
• n – частота вращения.

Или в качестве альтернативы можно воспользоваться таким соотношением:

• • V = CV/((T1 x t2 x S3) x KV, в котором:
• • T – стойкость инструмента;
• • CV – коэффициент, применяемый как к заготовке, так и к лезвию;
• • 1, 2, 3 – параметры степеней;
• • KV – поправочное значение, зависящее от материала кромки, качества (точности) и особенностей поверхностного слоя.

Опять же, все полученные данные нужно сверить со стандартным рядом, актуальным для имеющегося станка, и убедиться, что они разница между ними не больше 5% и что они не превышают нормированные значения.

Таблица режимов резания при токарной обработке на станке

Материал	Операция	Показатели степени	СР
Детали	Лезвия	n	x	y
Сталь конструкционная	Твердая	Наружное растачивание	-0,15	1	0,75	300
Прорезание и отрезание	0	0,72	0,8	408
Быстрорежущая	Наружное растачивание	0	1	0,75	200
Прорезание и отрезание	0	1	1	247
Чугун серый	Твердый сплав	Наружное растачивание	0	1	0,75	92
Быстрорежущая сталь	Прорезание и отрезание	–	1	1	158
Чугун кованый	Твердый сплав	Наружное растачивание	0	1	0,75	81
Прорезание и отрезание	–	1	1	139

Теперь вы понимаете, насколько важно верно определить параметры эксплуатации оборудования. Хорошо, что это не будет проблемой теперь, когда вы знаете, как рассчитать режимы резания при токарной обработке. А станок, который эффективно решит любые ваши производственные задачи, вы всегда можете заказать у ижевского производителя – завода «Сармат».

В зависимости от
точности (квалитета) заготовки и детали
определяют число стадий обработки
(число проходов) (см. приложение 2).

В зависимости от
решаемых технологических задач выбирают
вид резца, форму пластины, геометрические
элементы резца по справочникам 4,
5, 8
. Если целесообразно использование
одного и того же инструмента на нескольких
переходах, то его выбирают по наиболее
трудоемкому переходу, но следят, чтобы
он был допустимым по остальным переходам.

Выбор инструмента
и режимов резания выполняется в
соответствии с основным параметром
станка – наибольшим диаметром
обрабатываемой заготовки, который
является усредненным показателем
жесткости и виброустойчивости
технологической системы.

Размеры державки
резца выбирают максимально допустимыми
согласно паспорту станка.

Резцы с механическим
креплением пластин имеют большую (в
среднем на 15%) производительность, чем
напаянные резцы. Такие резцы могут быть
применены при меньшей подаче, но при
большей скорости резания, что обеспечивает
рост производительности.

Выбор материала
инструмента осуществляют с учетом
обрабатываемого материала, характера
припуска и поверхности заготовки,
глубины резания (см. приложение 1).

2.1. Глубина резания
t,
мм. При
черновом точении и отсутствии ограничений
по мощности оборудования и жесткости
системы СПИД принимается равной припуску
на обработку; при чистовом точении
припуск срезается за два прохода и
более. На каждом последующем проходе
следует назначить меньшую глубину
резания, чем на предшествующем. При
параметре шероховатости обработанной
поверхности Ra≤3,2
мкм включительно t=0,5
÷ 2,0 мм; Rа
≥ 0,8 мкм, t=0,1
÷ 0,4мм.

Глубина резания
равна

,
где D
– начальный диаметр обработки, d
– получаемый размер.

2.2. Подача s,
мм/об. При
черновом точении принимается максимально
допустимой по мощности оборудования,
жесткости системы СПИД, прочности
режущей пластины и прочности державки.
Рекомендуемые подачи при черновом
наружном точении приведены в табл. 17, а
при черновом растачивании в табл. 18.

Максимальные
величины подач при точении стали 45,
допустимые прочностью пластины из
твердого сплава, приведены в табл. 13.

Подачи при чистовом
точении выбирают в зависимости от
требуемых параметров шероховатости
обработанной поверхности и радиуса при
вершине резца из табл. 12.

При прорезании
пазов и отрезании величина поперечной
подачи зависит от свойств обрабатываемого
материала, размеров паза и диаметра
обработки (табл. 14).

Рекомендуемые
подачи при фасонном точении приведены
в табл. 16.

Выбранные значения
подачи корректируют по паспорту станка.
Паспортные данные некоторых станков
приведены в приложении 3.

2.3. Скорость
резания v_р,
м/мин.
При наружном продольном и поперечном
точении и растачивании рассчитывают
по эмпирической формуле

,

а при отрезании,
прорезании и фасонном точении – по
формуле

.

Среднее значение
стойкости Т
при одноинструментной обработке – 60
мин, при точении резцами с дополнительным
лезвием – 3045
мин. Значения коэффициента С_v
, показателей степени х,
у, и m
приведены в табл. 19.

Коэффициент К_v
является произведением коэффициентов,
учитывающих влияние материала заготовки
К_мv
(см. табл. 1, 3, 7, 8), состояния поверхности
К_пv
(табл. 2), материала инструмента К_иv
(см. табл. 4), вида обработки К_оv
( см. табл.
9), углов в плане резцов К_v
и радиуса при вершине резца К_r
(табл. 20). При многоинструментной обработке
и многостаночном обслуживании период
стойкости увеличивают, вводя соответственно
коэффициенты К_Ти
(см. табл. 5) и К_Тс
(см. табл. 6).

Отделочная токарная
обработка имеет ряд особенностей,
отличающих ее от чернового и межоперационного
точения. Поэтому рекомендуемые режимы
резания при тонком (алмазном) точении
на быстроходных токарных станках
повышенной точности и расточных станках
приведены отдельно в табл. 15.

Режимы резания
при точении закаленной стали резцами
из твердого сплава приведены в табл.
21.

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

где v_p
– скорость резания, м/мин;

D
– диаметр детали, мм.

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

м/мин

2.5. Сила резания
Р,
Н. Силу
резания Р
принято раскладывать на составляющие
силы, направленные по осям координат
станка (тангенциальную Р_z
, радиальную
Р_у
и осевую Р_х).
При наружном продольном и поперечном
точении, растачивании, отрезании,
прорезании пазов и фасонном точении
эти составляющие рассчитывают по формуле

При отрезании,
прорезании и фасонном точении t
– длина
лезвия резца.

Постоянная С_р
и показатели степени х,
у, n для
конкретных (расчетных) условий обработки
для каждой из составляющих силы резания
приведены в табл. 22.

Поправочный
коэффициент К_р
представляет собой произведение ряда
коэффициентов (К_р
= К_мр
К_φр
К_γр
К_λр
К_rр),
учитывающих фактические условия резания.
Численные значения этих коэффициентов
приведены в табл. 10, 11 и 23.

2.6. Мощность
резания N_e,
кВт,
рассчитывают по формуле

.

При одновременной
работе нескольких инструментов
эффективную мощность определяют как
суммарную мощность отдельных инструментов.

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N_э,
уменьшают скорость резания. Определяют
коэффициент перегрузки

Исходя из того, что мощность прямо
пропорциональна скорости резания v
и частоте вращения n,
рассчитывают новое меньшее значение
скорости резания

.

2.7. Основное время
Т_о,
мин, рассчитывают
по формуле

,

где L
– длина
рабочего хода инструмента, мм;

i
– число проходов инструмента.

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 12

Подачи, мм/об, при чистовом точении

Параметр шероховатости поверхностити, мкм	Радиус при вершине резца r, мм
0,4	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4
Ra	Rz
0,63 1,25 2,50	—	0,07 0,10 0,144 0,25 0,35 0,47	0,10 0,13 0,20 0,33 0,51 0,66	0,12 0,165 0,246 0,42 0,63 0,81	0,14 0,19 0,29 0,49 0,72 0,94	0,15 0,21 0,32 0,55 0,80 1,04	0,17 0,23 0,35 0,60 0,87 1,14
—	20 40 80
Примечание. Подачи даны для обработки сталей с в = 700  900 МПа и чугунов; для сталей с в = 500  700 МПа значения подач умножать на коэффициент Кs = 0,45; для сталей с в = 900  1100 МПа значения подач умножать на коэффициент Кs = 1,25.

Таблица 13

Подачи,
мм/об, допустимые прочностью пластины
из твердого сплава, при точении
конструкционной стали резцами с главным
углом в плане 
= 45

Толщина пластины, мм	Глубина резания t, мм, до
4	7	13	22
4 6 8 10	1,3 2,6 4,2 6,1	1,1 2,2 3,6 5,1	0,9 1,8 3,6 4,2	0,8 1,5 2,5 3,6
Примечания: 1. В зависимости от механических свойств стали на табличные значения подачи вводить поправочный коэффициент 1,2 при в = 480  640 МПа; 1,0 при в = 650  870 МПа и 0,85 при в = 870  1170 МПа. 2. При обработке чугуна табличное значение подачи умножать на коэффициент 1,6 3. Табличное значение подачи умножать на поправочный коэффициент 1,4 при  = 30 ; 1,0 при  = 45; 0,6 при  =60 и 0,4 при  = 90. 4. При обработке с ударами подачу уменьшать на 20 %.

Таблица 14

Подачи,
мм/об, при прорезании пазов и отрезании

Диаметр обработки, мм	Ширина резца, мм	Обрабатываемый материал
Сталь конструкционная углеродистая и легиро- ванная, стальное литье	Чугун, медные и алюминивые сплавы
Токарно-револьверные станки
До 20 Св. 20 до 40 » 40 » 60 » 60 » 100 » 100 » 150 » 150	3 3 – 4 4 – 5 5 – 8 6 – 10 10 – 15	0,06 – 0,08 0,1 – 0,12 0,13 – 0,16 0,16 – 0,23 0,18 – 0,26 0,28 – 0,36	0,11 – 0,14 0,16 – 0,19 0,20 – 0,24 0,24 – 0,32 0,3 – 0,4 0,4 – 0,55
Карусельные станки
До 2500 Св. 2500	10 – 15 16 – 20	0,35 – 0,45 0,45 – 0,60	0,55 – 0,60 0,60 – 0,70
Примечания: 1. При отрезании сплошного материала диаметром более 60 мм при приближении резца к оси детали до 0,5 радиуса табличные значения подачи следует уменьшить на 40 – 50 %. 2. Для закаленной конструкционной стали табличные значения подачи уменьшать на 30 % при НRСэ<50 и на 50% при НRСэ>50. 3. При работе резцами, установленными в револьверной головке, табличные значения умножать на коэффициент 0,8.

Таблица
15

Режимы резания
при тонком точении и растачивании

Обрабатываемый материал	Материал рабочей части режущего инструмента	Параметр шероховатости поверхности Rа, мкм	Подача, мм/об	Скорость резания, мм/мин
Сталь: в  650 МПа в = 650  800 МПа в  800 МПа	Т30К4	1,25 – 0,63	0,06 – 0,12	250 – 300 150 – 200 120 – 170
Чугун: НВ 149 – 163 НВ 156 – 229 НВ 170 – 241	ВК3	2,5 – 1,25	150 – 200 120 – 150 100 – 120
Алюминиевые сплавы и баббит	1,25 – 0,32	0,04 – 0,1	300 – 600
Бронза и латунь	0,04 – 0,08	180 – 500
Примечания: 1. Глубина резания 0,1 – 0,15 мм. 2. Предварительный проход с глубиной резания 0,4 мм улучшает геометрическую форму обработанной поверхности. 3. Меньшие значения параметра шероховатости поверхности соответствуют меньшим подачам.

Таблица 16

Подачи, мм/об, при фасонном точении

Ширина резца	Диаметр обработки, мм
20	25	40	60 и более
8 10 15 20 30 40 50 и более	0,03 – 0,09 0,03 – 0,07 0,02 – 0,05 – – – –	0,04 – 0,09 0,04 – 0,085 0,035 – 0,075 0,03 – 0,06 – – –	0,04 – 0,09 0,04 – 0,085 0,04 – 0,08 0,04 – 0,08 0,035 – 0,07 0,03 – 0,06 –	0,04 – 0,09 0,04 – 0,085 0,04 – 0,08 0,04 – 0,08 0,035 – 0,07 0,03 – 0,06 0,025 – 0,055
Примечание: Меньшие подачи брать для более сложных и глубоких профилей и твердых металлов, большие – для простых профилей и мягких металлов.

Таблица 17

Подачи при черновом наружном точении
резцами с пластинами из твердого сплава
и быстрорежущей стали

Диаметр детали, мм	Размер державки резца, мм	Обрабатываемый материал
Сталь конструкционная углеродистая, легированная и жаропрочная	Чугун и медные сплавы
Подача s, мм/об, при глубине резания t , мм
До 3	Св. 3 до 5	Св. 5 до 8	Св. 8 до 12	Св. 12	До 3	Св. 3 до 5	Св.5 до 8	Св.8 до 12	Св. 12
До 20 Св. 20 до 40 Св. 40 до 60 Св. 60 до 100 Св. 100 до 400 Св. 400 до 500 Св. 500 до 600 Св. 600 до 1000 Св. 1000 до 2500	От 16 × 25 до 25 × 25 От 16 × 25 до 25 × 25 От 16 × 25 до 25 × 40 От 16 × 25 до 25 × 40 От 16 × 25 до 25 × 40 От 20 × 30 до 40 × 60 От 20 × 30 до 40 × 60 От 25 × 40 до 40 × 60 От 30 × 45 до 40 × 60	0,3–0,4 0,4–0,5 0,5-0,9 0,6-1,2 0,8-1,3 1,1-1,4 1,2-1,5 1,2-1,8 1,3-2,0	– 0,3-0,4 0,4-0,8 0,5-1,1 0,7-1,2 1,0-1,3 1,0-1,4 1,1-1,5 1,3-1,8	– – 0,3-0,7 0,5-0,9 0,6-1,0 0,7-1,2 0,8-1,3 0,9-1,4 1,2-1,6	– – – 0,4-0,8 0,5-0,9 0,6-1,2 0,6-1,3 0,8-1,4 1,1-1,5	– – – – – 0,4-1,1 0,1-1,2 0,7-1,3 1,0-1,5	— 0,4-0,5 0,6-0,9 0,8-1,4 1,0-1,5 1,3-1,6 1,5-1,8 1,5-2,0 1,6-2,4	– – 0,5-0,8 0,7-1,2 0,8-1,9 1,2-1,5 1,2-1,6 1,3-1,8 1,6-2,0	– – 0,4-0,7 0,6-1,0 0,8-1,1 1,0-1,2 1,0-1,4 1,0-1,4 1,4-1,8	– – – 0,5-0,9 0,6-0,9 0,7-0,9 0,9-1,2 1,0-1,3 1,3-1,7	– – – – – – 0,8-1,0 0,9-1,2 1,2-1,7
Примечания: 1. При обработке жаропрочных сталей и сплавов подачи свыше 1 мм/об не применять. 2. При обработке прерывистых поверхностей и при работах с ударами табличные значения подач следует уменьшать на коэффициент 0,75 – 0,85. 3. При обработке закаленных сталей табличные значения подачи уменьшать, умножая на коэффициент 0,8 для стали HRCэ 44-56 и на 0,5 для стали с НRСэ 57 – 62.

Таблица 18

Подачи
при черновом растачивании на токарных
и токарно-револьверных станках резцами
с пластинами из твердого сплава и
быстрорежущей стали

Резец или оправка	Обрабатываемый материал
Диаметр круглого сечения резца или размеры прямоугольного сечения оправки, мм	Вылет резца или оправки, мм	Сталь конструкционная углеродистая, легированная и жаропрочная	Чугун и медные сплавы
Подача s, мм/об, при глубине резания t, мм
2	3	5	8	2	3	5	8
10 12 16 20 25 30 40	50 60 80 100 125 150 200 150 300 150 300 300 500 800	0,08 0,10 0,1-0,2 0,5-0,3 0,25-0,5 0,4 – – – – – – – –	– 0,08 0,15 0,15-0,25 0,15-0,4 0,2-0,5 0,25-0,6 0,6-1,0 0,4-0,7 0,9-1,2 0,7-1,0 0,9-1,3 0,7-1,0 –	– – 0,1 0,12 0,12-0,2 0,12-0,3 0,15-0,4 0,5-0,7 0,3-0,6 0,8-1,0 0,5-0,8 0,8-1,1 0,6-0,9 0,4-0,7	– – – – – – – – – 0,6-0,8 0,4-0,7 0,7-0,9 0,5-0,7 –	0,12-0,16 0,12-0,20 0,20-0,30 0,3-0,4 0,4-0,6 0,5-0,8 – – – – – – – –	– 0,12-0,18 0,15-0,25 0,25-0,35 0,3-0,5 0,4-0,6 0,6-0,8 0,7-1,2 0,6-0,9 1,0-1,5 0,9-1,2 1,1-1,6 – –	– – 0,1-0,18 0,12-0,25 0,25-0,35 0,25-0,45 0,3-0,8 0,5-0,9 0,4-0,7 0,8-1,2 0,7-0,9 0,9-1,3 0,7-1,1 0,6-0,8	– – – – – – – 0,4-0,5 0,3-0,4 0,6-0,9 0,5-0,7 0,7-1,0 0,6-0,8 –
40  40
60  60
75  75
Примечания: Верхние пределы подач рекомендуются для меньшей глубины резания при обработке менее прочных материалов, нижние – для большей глубины и более прочных материалов.

Таблица 19

Значения
коэффициента С_v
и показателей степени в формулах скорости
резания при обработке резцами

Вид обработки	Материал режущей части резца	Характеристика подачи	Коэффициент и показатели степени
Сv	x	y	m
Обработка конструкционной углеродистой стали, σв = 750 МПа
Наружное продольное точение проходными резцами	Т15К6*	s до 0,3 s св. 0,3 до 0,7 s > 0,7	420 350 340	0,15	0,20 0,35 0,45	0,20
То же, резцами с дополнительным лезвием	Т15К6*	s  t s  t	292	0,30 0,15	0,15 0,30	0,18
Отрезание	Т5К10* Р18**	– –	47 23,7	– –	0,80 0,66	0,20 0,25
Фасонное точение	Р18**	–	22,7	–	0,50	0,30
Нарезание крепежной резьбы	Т15К6*	–	244	0,23	0,30	0,20
Р6М5	Черновые ходы: Р  2 мм Р  2 мм	14,8 30	0,70 0,60	0,30 0,25	0,11 0,08
Чистовые ходы	41,8	0,45	0,30	0,13
Вихревое нарезание резьбы	Т15К6*	–	2330	0,50	0,50	0,50
Обработка серого чугуна, НВ 190
Наружное продольное точение проходными резцами	ВК6*	s  0,40 s  0,40	292 243	0,15	0,20 0,40	0,20
Наружное продольное точение резцами с дополнительным лезвием	ВК6**	s  t s  t	324 324	0,40 0,20	0,20 0,40	0,28 0,28
Отрезание	ВК6*	–	68,5	–	0,40	0,20
Нарезание крепежной резьбы	–	83	0,45	–	0,33
Обработка ковкого чугуна, НВ 150
Наружное продольное точение проходными резцами	ВК8*	s  0,40 s  0,40	317 215	0,15 0,15	0,20 0,45	0,20 0,20
Отрезание	ВК6*	–	86	–	0,4	0,20
Обработка медных гетерогенных сплавов средней твердости, НВ 100 – 140
Наружное продольное точение проходными резцами	Р18*	s  0,20 s  0,20	270 182	0,12	0,25 0,30	0,23
Обработка силумина и литейных алюминиевых сплавов, в = 100200 МПа, НВ  65; Дюралюминия, в = 300400 МПа, НВ  100
Наружное продольное точение проходными резцами	Р18*	s  0,20 s  0,20	485 328	0,12	0,25 0,50	0,28
* Без охлаждения ** С охлаждением Примечания: 1. При внутренней обработке (растачивание, прорезании канавок в отверстиях, внутреннем фасонном точении) принимать скорость резания, равную скорости резания для наружной обработки с введением поправочного коэффициента 0,9. 2. При обработке без охлаждения конструкционных и жаропрочных сталей и стальных отливок резцами из быстрорежущей стали вводить поправочный коэффициент на скорость резания 0,8. 3. При отрезании и прорезании с охлаждением резцами из твердого сплава Т15К6 конструкционных сталей и стальных отливок вводить на скорость резания поправочный коэффициент 1,4. 4. При фасонном точении глубокого и сложного профиля на скорость резания вводить поправочный коэффициент 0,85. 5. При обработке резцами из быстрорежущей стали термообработанных сталей скорость резания для соответствующей стали уменьшать, вводя поправочный коэффициент 0,95 – при нормализации, 0,9 – при отжиге, 0,8 – при улучшении. 6. Подача s в мм/об.

Таблица
20

Поправочные
коэффициенты, учитывающие влияние
параметров резца на

скорость
резания

Главный угол в плане  о	Коэффициент Кv	Вспомогательный угол в плане 1 	Коэффициент К1v	Радиус при вершине резца r*, мм	Коэффициент Кrv
20 30 45 60 75 90	1,4 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7	10 15 20 30 45 –	1,0 0,97 0,94 0,91 0,87 –	1 2 3 – 5 –	0,94 1,0 1,03 – 1,13 –

* Учитывают только для
резцов из быстрорежущей стали.

Таблица 21

Режимы
резания при точении закаленной стали
резцами с

пластинами
из твердого сплава

Подача s, мм/об	Ширина прорезания, мм	Твердость обрабатываемого материала НRСэ
35	39	43	46	49	51	53	56	59	62
Скорость резания v, мм/мин
Наружное продольное точение
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6	– – – – –	157 140 125 116 108	135 118 104 95 88	116 100 88 79 73	107 92 78 71 64	83 70 60 53 48	76 66 66 – –	66 54 45 – –	48 39 33 – –	32 25 – – –	26 20 – – –
Прорезание паза
0,05 0,08 0,12 0,16 0,20	3 4 6 8 12	131 89 65 51 43	110 75 55 43 36	95 65 47 37 31	83 56 41 32 27	70 47 35 27 23	61 41 30 23 20	54 37 27 – –	46 31 23 – –	38 25 18 – –	29 19 14 – –

Примечания: 1. В зависимости от глубины
резания на табличное значение скорости
резания вводить поправочный коэффициент:
1,15 при t = 0,4 
0,9 мм; 1,0 при t = 1 
2 мм и 0,91 при t = 2 
3 мм.

2. В зависимости от параметра шероховатости
на табличное значение скорости резания
вводить поправочный коэффициент: 1,0 Rz
= 10 мкм; 0,9 для Rа = 2,5 мкм и
0,7 для Rа = 1,25 мкм.

3. В зависимости от марки твердого сплава
на скорость резания вводить поправочный
коэффициент К_иv:

Твердость обрабатываемого материала	НRСэ 35 – 49	НRСэ 50 – 62
Марка твердого сплава коэффициент Киv	Т30К4 1,25	Т15К6 1,0	ВК6 0,85	ВК8 0,83	ВК4 1,0	ВК6 0,92	ВК8 0,74

4. В зависимости от главного угла в плане
вводить поправочные коэффициенты: 1,2
при  = 30^о ;
1,0 при

 = 45^о;
0,9 при  = 60^о
; 0,8 при  = 75^о
; 0,7 при  = 90^о.

5. При работе
без охлаждения вводить на скорость
резания поправочный коэффициент 0,9.

Таблица 22

Значения
коэффициента С_р
и показателей степени в формулах силы
резания

при
точении

Обрабатываемый материал	Материал рабочей части резца	Вид обработки	Коэффициент и показатели степени в формулах для составляющих
тангенциальной Рz	радиальной Ру	осевой Рх
Ср	x	y	n	Ср	x	y	n	Ср	x	y	n
Конструкционная сталь и стальные отливки, в=750 МПа	Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	300	1,0	0,75	-0,15	243	0,9	0,6	-0,3	339	1,0	0,5	-0,4
Наружное продольное точение резцами с дополнительным лезвием	384	0,90	0,90	355	0,6	0,8	241	1,05	0,2
Отрезание и прорезание	408	0,72	0,8	0	173	0,73	0,67	0	–	–	–	–
Нарезание резьбы	148	–	1,7	0,71	–	–	–	–	–	–	–	–
Быстрорежущая сталь	Наружное продольное точение, подрезание и растачивание	200	1,0	0,75	0	125	0,9	0,75	0	67	1,2	0,65	0
Отрезание и прорезание	247	1,0	–	–	–	–	–	–	–	–
Фасонное точение	212	0,75
Сталь жаропрочная 12Х18Н9Т НВ 141	Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	204
Серый чугун, НВ 190	Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение и растачивание	92	1,0	0,75	0	54	0,9	0,75	0	46	1,0	0,4	0
Серый чугун, НВ 190	Твердый сплав	Наружное продольное точение резцами с дополнительным лезвием	123	1,0	0,85	0	61	0,6	0,5	0	24	1,05	0,2	0
Нарезание резьбы	103	–	1,8	0,82	–	–	–	–	–	–	–	–
Продолжение табл. 22
Обрабатываемый материал	Материал рабочей части резца	Вид обработки	Коэффициент и показатели степени в формулах для составляющих
тангенциальной Рz	радиальной Ру	осевой Рх
Ср	x	y	n	Ср	x	y	n	Ср	x	y	n
Серый чугун, НВ 190	Быстрорежущая сталь	Отрезание и прорезание	158	1,0	1,0	0	–	–	–	–	–	–	–	–
Ковкий чугун, НВ 150	Твердый сплав	Наружное продольное и поперечное точение, растачивание	81	0,75	43	0,9	0,75	0	38	1,0	0,4	0
100	88	40	1,2	0,65
Отрезание и прорезание	139	1,0	–	–	–	–	–	–	–	–
Медные гетерогенные сплавы, НВ 120	Быстрорежущая сталь	Наружное продольное и поперечное точение, растачивание	55	1,0	0,66
Отрезание и прорезание	75	1,0
Алюминий и силумин	Наружное продольное и поперечное точение, растачивание, подрезание	40	1,0	0,75	0	–	–	–	–	–	–	–	–
Отрезание и прорезание	50	1,0

Таблица 23

Поправочные
коэффициенты, учитывающие влияние
геометрических параметров режущей
части инструмента на составляющие силы
резания при

обработке
стали и чугуна

Параметры	Материал режущей части инструмента	Поправочные коэффициенты
Наименование	Величина	Обозначение	Величина коэффициента для составляющих
тангенциальной Рz	радиальной Рy	осевой Рx
Главный угол в плане 	30 45 60 90	Твердый сплав	К	1,08 1,0 0,94 0,89	1,30 1,0 0,77 0,50	0,78 1,0 1,11 1,17
30 45 60 90	Быстрорежущая сталь	1,08 1,0 0,98 1,08	1,63 1,0 0,71 0,44	0,70 1,00 1,27 1,82
Передний Угол γº	-15 0 10	Твердый сплав	Кγρ	1,25 1,1 1,0	2,0 1,4 1,0	2,0 1,4 1,0
12 – 15 20 – 25	Быстрорежущая сталь	1,15 1,0	1,6 1,0	1,7 1,0
Продолжение табл. 23
Параметры	Материал режущей части инструмента	Поправочные коэффициенты
Наименование	Величина	Обозначение	Величина коэффициента для составляющих
тангенциальной Рz	радиальной Рy	осевой Рx
Угол наклона главного лезвия λº	-5 0 5 15	Твердый сплав	Кλρ	1,0	0,75 1,0 1,25 1,7	1,07 1,0 0,85 0,65
Радиус при вершине r, мм	0,5 1,0 2,0 3,0 4,0	Быстрорежущая сталь	Кrρ	0,87 0,93 1,0 1,04 1,10	0,66 0,82 1,0 1,14 1,33	1,0

В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.

Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые – это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.

Основные параметры

Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах – это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:

• глубина резания;
• подача и обороты шпинделя;
• скорость резания.

Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые – это:

• производительность оборудования;
• качественные показатели производства;
• стоимость выпускаемых изделий;
• износ оборудования;
• стойкость инструмента;
• безопасность труда.

Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.

Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.

При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.

Глубина

Припуск – это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.

При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:

t = (D-d)/2,

где t – глубина резания; D – диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.

При операциях подрезки – это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке – глубина канавки.

В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.

Подача

Подача при токарной обработке – это длина пути при поперечном перемещении режущей кромки резца, совершаемом ей за единичный оборот шпинделя. Ее измеряют в мм/об, в технологической документации обозначают буквой S и подбирают по технологическим справочникам. Величина подачи зависит от мощности главного привода, значения t, габаритов и физических свойств обрабатываемой заготовки. При точении она рассчитывается по формуле:

S=(0,05…0,25) ×t,

Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.

При операции точения подача на токарном станке должна устанавливаться на максимально возможное число, но с учетом технологических параметров станка и применяемого инструмента. При операциях по черновому точению она зависит от мощности главного привода и устойчивости детали. А при чистовом точении основным критерием является заданный класс шероховатость поверхности.

Скорость

Скорость резания при токарной обработке – это суммарная траектория режущей кромки резца за единицу времени. Ее размерность – в м/мин, а в таблицах и расчетах ее обозначают буквой v и подбирают по технологической документации или рассчитывают по формулам. В последнем случае расчет происходит в следующей последовательности:

• вычисляется величина t;
• по справочнику выбирается значение S;
• определяется табличное значение vт;
• рассчитывается уточненное значение vут (умножением на корректирующие коэффициенты);
• с учетом скорости вращения шпинделя выбирается фактическое значение vф.

Этот параметр является одной из основных характеристик производительности металлорежущего оборудования и напрямую влияет на эксплуатационные режимы работы токарного станка, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности.

Выбор режима на практике

Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:

• снижение точности оборудования в результате износа;
• отклонения в геометрических размерах и физических характеристиках заготовки.
• несоответствие характеристик материала расчетным.

Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса – это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:

• единичное изготовление без операционной карты;
• определение точности работы токарного оборудования перед запуском партии;
• работа с неполноценными заготовками (брак и неточность размеров);
• обточка литейных и кованых заготовок, не прошедших предварительную обдирку;
• запуск в производство изделий из новых материалов.

При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.

Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки – самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.

Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.

Обработка нержавейки ведется на повышенных оборотах при уменьшенной подаче. Высокая вязкость этого материала способствует созданию непрерывной вьющейся стружки.

Для решения этой проблемы применяют резцы со стружколомом. Для отвода тепла и смазки обрабатываемой поверхности в рабочую зону подается специальная СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) на основе олеиновой кислоты. Это уменьшает нагрев заготовки и снижает износ резца. В последнее время все чаще применяют современные методы, которые также уменьшают износ инструмента: направление в рабочую зону ультразвуковых волн и подвод к металлу слаботочных импульсов.

Вычисление скорости резания

Время точения металла (tосн, основное время) – самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции – обточки цилиндрической поверхности.

Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:

v = π×D×n/1000,

где D – диаметр заготовки в мм; n – скорость шпинделя в об/мин.

Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:

n = 1000×v/π×D.

На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции. Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:

t = (D-d)/2,

где D – диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.

После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ – табличное значение скорости резания.

Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.

Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:

v_ут = v_т×К1×К2×К3×К4×К5,

где v_ут – уточненная скорость резания; K1 – коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 – коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 – коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 – коэффициент, зависящий от материала резца; K5 – коэффициент, зависящий от геометрии обработки.

После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:

n_ут = 1000×vут/π×D.

Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.

На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания v_ф:

v_ф = π×D×n_ут/1000.

V_ф напрямую связана с мощностью главного двигателя станка. Поэтому она является основным параметром при выборе конкретного типа токарного станка для обработки требуемой детали.

К основным элементам режима резания относят глубину, подачу и скорость резания. Рассмотрим схему резания при точении на примере обтачивания цилиндрической поверхности на токарном станке.

Глубина резания

t – глубина резания, величина снимаемого слоя металла, измеряемая перпендикулярно к обработанной поверхности и снимаемая за один проход режущего инструмента:

, мм;

где D_заг – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

d – диаметр обработанной поверхности, мм;

Глубина резания t принимается обычно равной припуску. При чистовом проходе t должна быть не более 1…2 мм.

Рисунок 4.1 – Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

Подача

Подача S – величина (путь) перемещения режущей кромки за один оборот обрабатываемой заготовки, либо за один ход заготовки или инструмента в направлении движения подачи, мм/об, мм/дв.ход.

Подачу назначают из условия обеспечения требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности. Обычно работают на S_пр = (0,20…0,25) мм/об. Высокая чистота получается при работе на S_пр = 0,03…0,05 мм/об.

Эти параметры элементы режима резания t и S непосредственно влияют на размеры снимаемой стружки, так:

а – толщина срезаемого слоя, расстояние между двумя последовательными положениями главной режущей кромки за один оборот заготовки определяется а = S · sinφ;

в – ширина срезаемого слоя, расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания: в=t/sinφ.

Заштрихованная площадь называется площадью поперечного сечения срезаемого слоя F:

F = t · S = a · b, мм².

Скорость резания

V – скорость резания, путь перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущей кромки резца в единицу времени, м/мин.

, м/мин, м/с,

n – число оборотов заготовки/мин.

Если главное движение возвратно–поступательное, (например строгание), а скорости рабочего и холостого ходов различны, то скорость резания в м/мин находят по следующей зависимости

V = Lm(К=1)/1000,

где L – расчетная длина хода инструмента;
m – число двойных ходов инструмента в мин;
К – коэффициент показывающий отношение скоростей рабочего и холостого ходов.

Для повышения производительности процесса обработки V резания должна быть наибольшей. Однако, скорость резания ограничивается стойкостью режущей кромки инструмента, т.е.

или

, м/мин,

где Т – стойкость инструмента, т.е. способность сохранять в рабочем состоянии режущие кромки (до достижения критического критерия затупления h_зкр);

С_v – коэффициент учитывающий конкретные условия обработки: физико-механические свойства обрабатываемого материала, качество поверхности заготовки, углы резца, условия охлаждения и т.д.;

х_y и y_v – показатели степени при глубине резания t и подаче S, точно также как и С_v указаны в нормативных справочниках по резанию. Для определения оптимальной скорости резания нужен экономический анализ, необходимо выяснить, что выгоднее – повышение скорости резания или повышение стойкости инструмента. Например, расчетами или опытами выявлено, что при скоростях резания

V, м/с	1,2	1,5	1,7	2,0
Т, сек	425	166	100	33

Анализируя эти результаты можно отметить, что увеличение скорости резания на 25% приводит к снижению стойкости резца почти в три раза. Поэтому нужно учитывать, что по времени выгоднее – увеличение скорости или сохранение стойкости? В справочниках имеются рекомендуемые скорости резания V для данных конкретных условий обработки. При назначении V учитывают ее влияние на шероховатость поверхности, которая оказывает существенное влияние на износостойкость рабочих поверхностей детали, ее усталостную и коррозионную стойкость, а также на коэффициент полезного действия машин.

Шероховатость – один из показателей качества поверхности оценивается высотой, формой, направлением неровностей, включающая выступы и впадины на поверхности деталей, характеризующиеся малыми шагами т.е.

Она характеризуется тремя высотными параметрами R_a, R_r, R_max двумя шаговыми S_m, S и относительной опорной длиной t_р.

На шероховатость влияют режим резания, геометрия инструмента, вибрации, физико-механические свойства материала заготовки.

По современным представлениям сила трения F_т включает силу молекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей и силу сопротивления их перемещению вследствие зацепления неровностей.

При благоприятном профиле износостойкость детали выше за счет меньшей величины контактных напряжений. Необходимо иметь ввиду, что усталостные разрушения вызываются знакопеременными нагрузками и трещины при этом развиваются с поверхности, причем в местах наиболее напряженных, т.е. во впадинах, где высокая степень пластического деформирования.

Следовательно скорость резания назначается таким образом, чтобы через определенное время (период стойкости Т) резец износился до значения критерия h₃. Так Т = 30…60 мин для резцов из быстрорежущей стали и Т_max = 90 мин – для резцов с напаянными твердыми сплавами.

Пример

Для определенных условий обработки на токарно-винторезном станке модели IК62 определим значения теоретической скорости резания V_т:

Значения С_v = 5640 и 1500, m = 0,8, Х_v = 0,55 и У_v = 0,55 приняты из справочных нормативных материалов по резанию.

Необходимо отметить, что скорость резания не оказывает существенного влияния на шероховатость, как значение подачи.

По паспортным данным станка IК62 определяем фактическую скорость резания V_д.

Расчетная частота вращения шпинделя, пр (для V_т = 120 м/мин):

мин^–1.

На станке V_т – теоретическая скорость резания для данных условий обработки, м/мин; D_з – диаметр заготовки, мм.

Машинное время обработки определяется по формуле

мин,

где l – длина заготовки, мм;

l₂ – длина перебега, по нормативным таблицам: для глубины резания

мм, l2 = 2 мм,

где d – диаметр, обработанной поверхности;

l₁ – длина врезания

где φ – главный угол в плане проходного резца, примем равным 60°.

S – продольная подача резца за один оборот заготовки. Теоретическое значение подачи S = 0,6 мм/об заменяем величиной ближайшей подачи, имеющейся на станке IК62, т.е. S = 0,61 мм/об.

Мощность Nр, затрачиваемую на процесс резания, при силе резания Рz = 300 кГ определяем по формуле

кВт.

Необходимая мощность электродвигателя для выполнения заданного режима обработки

кВт,

где η – коэффициент полезного действия (кпд), равный 0,75.

Коэффициент загрузки станка IК62 для указанной обработки, при мощности его электродвигателя N_ст = 10 кВт.

К параметрам процесса резания относят основное (технологическое) время обработки – время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки.

При токарной обработке цилиндрической поверхности основное (машинное) время и элементы режима резания связаны зависимостью

где L_i = l + l₁ + l₂ – путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи ( l – длина обрабатываемой поверхности, мм; l₁ = t·ctgφ – величина врезания резца, мм; l₂ = 1–3 мм выход резца (перебег)), i =H/t число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку (Н – толщина удаляемого слоя металла, мм).

В целом штучное время состоит

Т_шт = Т_о + Т_в + Т_об + Т_п,

где Т_в – вспомогательное время необходимое для выполнения действий, связанных с подготовкой к процессу резания (подвод и отвод инструмента, установка и снятие заготовки и т.д.);

Т_об – время обслуживания рабочего места, оборудования и инструмента в рабочем состоянии;

Т_п – время на отдых и естественные потребности, отнесенное к одной детали.

Режимы резания при точении

Эффективная работа режущего инструмента заключается в выборе наиболее выгодного режима, при котором происходит обработка со значительной производительностью и наименьшей себестоимостью.

Обычно при точении режимы резания обоснованы такими параметрами как: глубина резания, обозначаемая буквой t и измеряемой в миллиметрах ( мм ); рабочей подачей S измеряемой в миллиметрах на оборот ( мм/об ), а также, что очень важно, скоростью резания v ( м/мин ).

Глубина резания

Подача

На токарных станках, как и на других обрабатывающих машинах, имеются механизмы осуществляющие перемещение инструмента по заданной траектории, движения которого называется подачей. При точении она выражается в величине перемещения резца, на которую он перемещается за один оборот заготовки.

Скорость резания

Обороты заготовки

Выбор режимов резания