Особенности расчётов режимов резания для многоинструментальной обработки

При многоинструментальной обработке режимы резания устанавливают в зависимости от структуры операции, используемых станков, инструментов и другой технологической оснастки. Различные методики. оптимизации элементов режимов для возможных вариантов подобной обработки рассматриваются в научно-технической, справочной и учебной литературе по технологии машиностроения.

Рассмотрим случай, когда обработку производят комплектом инструментов, закреплённых в одном или нескольких блоках (суппортах, державках, скалках). Инструменты, установленные в одном блоке, имеют единую подачу на один оборот шпинделя станка, но разную скорость резания в зависимости от размеров обрабатываемых поверхностей. Продолжительность работы каждого инструмента может быть разной. Такие варианты встречаются при обработке на многорезцовых токарных полуавтоматах, токарно-револьверных, расточных и прочих стенках. В этом случае глубину резания и подачу для каждого инст­румента назначают по той же методике, что и для одноинструментальной обработки.

Для каждого блока инструментов выбирают наименьшую технологически допустимую (лимитирующую) подачу. При наличии нескольких инструментальных блоков выбирается общая лимитирующая подача. Подачу лимитирующего блока согласовывают с паспортом станка, принимают ближайшую меньшую. По этой подаче производят расчёт основного времени. Для удобства расчетов формуле придают следующий вид:

t₀ = £_P / S_M = £_P /n_ш ·S_б = (£_P / S_б )/n_ш = n_б / n_ш ,

где n_ш - частота вращения шпинделя, соответствующая выбранной скорости резания, мин^-1; n_б - количество оборотов шпинделя за время рабочего хода блока с инструментами; £_P - расчётная дли­на хода блока с инструментами, мм; S_б - лимитирующая подача блока за один оборот шпинделя (за один двойной ход стола или один оборот фрезь); S_M - минутная подача блока, мм/мин.

Для каждого из одновременно работающих блоков по величине S_б определяют количество оборотов шпинделя за время рабочего хода блока

n_б = £_P / S_б .

Из всех расчётных значений n_б выбирают лимитирующее наибольшее количество оборотов. По найденному значению можно выравнять n_б для остальных работающих блоков за счёт уменьшения подач, не ухудшая условий резания. Таким образом, добиваются при­мерно одновременного начала и окончания обработки поверхностей заготовки всеми инструментами наладки.

Далее рассчитывают скорость резания. Ее назначают, исходя из количества одновременно работающих инструментов, их стойкости и степени относительной загрузки; неодинаковости износа, затрат на переточку и смену затупившихся инструментов. Чем больше инстру­ментов в наладке, тем больше затраты, связанные с заменой затупив­шегося инструмента (производительность наладки падает, см. с.220). Стремятся увеличить стойкость наладки соответствующей корректировкой скорости резания, прежде всего лимитирующих инструментов. Лимитирующими инструментами в наладках называют такие, которые обрабатывают участки наибольшего диаметра у наибольшей длины. Для нескольких предположительно лимитирующих инструментов находят коэффициенты времени резания  = l_i / £_P , т.е. отношение пути резания l_i данного (i – го) инструмента к расчетной величине перемещения £_P при подаче инструментального блока. Затем определяют условно-экономическую стойкость предположительно лимитирующих инструментов Т_л , мин

Т_л = Т_м · ,

где Т_м - условно-экономическая стойкость инструментов данной наладки при условии их равномерной загрузки, мин , принимают по табл. 12

Т а б л и ц а 12.

Рекомендуемые значения условно-экономических стойкостей

для наладок средних по равномерности загрузки инструментов

Анализ большого количества действующих многоинструментальных наладок на предприятиях автомобильной промышленности, выполненный НИИавтопром, показал, что условно-экономическую стойкость инструментов Т_м с достаточной для практики степенью точности можно определить по формуле

,

где Т_{м i} - условно-экономическая стойкость каждого (i-го) инструмента в условиях одноинструментальной обработки; К – коэффициент многоинструментальности, которым учитывается: количество инструментов в наладке n, неравномерность их загрузки, вид обработки, неодинаковость затрат на смену затупившихся инструментов и пр. Значения К приводятся в табл. 13.

Т а б л и ц а 13

Коэффициент многоинструментальности

Примеры использования рассмотренных методик. схема многоинструментальной наладки токарного станка изображена на рис. 109. На продольный суппорт установлен блок I с тремя проходными и одним расточным резцом, а на поперечный суппорт - блок II с тремя кана-вочными и одним фасочным резцом. Подачи суппортов с блоками инст­рументов обозначены S_бI и S_бII . Принятые по таблицам и согласованные с паспортными данными станка, они имеют следующие значе­ния:

S_бI =0,08 мм/об,

S_бII =0,06 мм/об.

Остальные исходные дан­ные для расчёта режимов резания инструментов наладки приводятся в первых 6-ти графах табл. 14.

Т а б л и ц а 14

Исходные данные и результаты расчётов режимов резания

для обработки по схеме (см. рис. 109)

Условно-экономическая стойкость инструментов

мин.

Такое же значение имеет условно-экономическая стойкость восьми инструментов наладки, принятая по табл. 12.

Лимитирующим инструментом наладки будем считать резец 2 (см. рис. 109). Для обеспечения шероховатости шейки R_a = 1,25 мкм по этому резцу принята подача S = 0,08 мм/об, общая для всех инстру­ментов блока I. С другой стороны, резец 2 проходит наибольший путь резаная в металле (l_p2 = 0,23 км) и обрабатывает наибольшую площадь поверхности детали (F₂ = = 18738 мм² , см. табл. 14).

Общая длина перемещения продольного суппорта с блоком I опреде­ляется длиной растачиваемого отверстия l₄ = 103 мм. Для резца 2 коэффициент времени резания =65/103 = 0,631, а его условно-экономическая стойкость

Т_Л =Т_М ·λ=200 · 0,631=126 мин

Скорость резания для этого резца определяется по формуле из тео­рии резания и коэффициентам из справочника технолога машиностроителя

Частота вращения шпинделя, соответствующая V_лг

n = 1000 V_лг / πd₂ = 1000 · 158.4/3.14 · 90 = 580 мин^-1 .

Для дальнейших расчётов примем ближайшую меньшую частицу враще­ния, соответствующую паспортным данным станка - n_с = 440 мин^-1. На этой частоте будет производиться обработка заготовки всеми резцами обок блоков, при этом скорость резания для резца 2 составит

Скорости резания для других инструментов наладки представлены в табл. 14. Максимальная скорость резания у резца 5 (V₅=207,3 м/мин) кратковременна.

Определив таким образом режим работы каждого инструмента налад­ки (t_i, S_бi , V_i ) рассчитывают для них составляющие сил резания Р_xi ,P_yi, P_zi и необходимую каждому инструменту мощность реза­ния N_i.

По суммарным значениям Р_xi () проверяют прочность механизмов подач станка. По значениям P_yi (и жёсткости технологиче­ской системы J_с ) рассчитывают погрешности обработки, связанные с упругими деформациями системы. По максимальной величине P_z () определяют необходимый крутящий момент на шпинделе и общую мощность резания N_∑(). Эффективная мощность привода N_e =N·ξ (здесь N – мощность двигателя станка, а ξ - КПД передач) дол­жна быть не меньше расчётной, т.е. должно соблюдаться неравенство N_e ≥ N_∑.

Расчёт основного времени для многоинструментальных схем обработки производят на лимитирующей длине обработки и подаче лимитирую­щего суппорта. Так, для рассмотренного выше примера лимитирующей длиной является l₄ = 103 мм (см. табл. 14), при этом t₀₄ =l₄/n_c·S_бi или t_o = n_б4 · n_c = 1288/440 = 2,92 мин (аналогично определяют основное время для остальных инструментов наладки).

Вспомогательное время, связанное с основными и (или) вспомога­тельными переходами, определяют по нормативам. Затем вычисляют оперативное и штучное время технологической операции.

При технических расчётах и нормировании многоинструментальных технологических операций особенно внимательно следят за степенью взаимного перекрытия во времени основных и вспомогательных пере­ходов, т.е. за совмещением отдельных этапов работы, составляющих цикл операции и определяющих штучное время.