Меню

Формула эффективной мощности при точении

Силы резания при точении и мощность, затрачиваемая на резание

date image2015-04-17
views image14118

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Срезая стружку, резец преодолевает сопротивление обрабатываемого металла резанию и силы трения стружки о переднюю поверхность инструмента и задней поверхности инструмента о заготовку.

Равнодействующая сила резания R – равнодействующая сил, действующих на резец, со стороны заготовки. Условно считают, что точка приложения R находится на рабочей части главного режущего лезвия. В процессе обработки величина, направление и точка приложения равнодействующей изменяются, поэтому для практических расчетов используют не равнодействующую, а ее составляющие Px, Py и Pz, действующие по трем взаимно-перпендикулярным направлениям – осям X, Y и Z. Ось X – линия центров станка, т.е. она совпадает с осью вращения заготовки и параллельна направлению продольной подачи S.; ось Z лежит в плоскости резания, она параллельна направлению главного движения; ось Y перпендикулярна осям X и Z.

Рис.4.13. Силы, действующие на резец со стороны заготовки при резании.

Рz – вертикальная (касательная) составляющая силы резания. По силе Pz определяют крутящий момент на шпинделе станка, мощность расходуемую на резание, производят динамический расчет коробки скоростей. Иногда Pz называют главной составляющей силы резания или просто силой резания. Составляющая Pz определяет изгибающий момент Мх, действующий на стержень резца.

Py – радиальная составляющая силы резания. По силе Py определяют изгиб заготовки в плоскости XY.

Px – осевая составляющая силы резания (сила подачи). По силе Px рассчитывают механизмы подач станка и момент Mx, изгибающий стержень резца в плоскости XY.

На практике определяют лишь составляющую Pz (по эмпирическим формулам), а составляющие Py и Px берут в долях от Pz.

Соотношение Pz : Px : Py зависит от геометрии режущей части резца, режима резания, износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий обработки. Например, при точении острым проходным резцом (γ = 15 о ; φ = 45 о ; λ = 0 о ) Py = (0,3-0,5)Pz, Px = (0,15-0,3) Pz.

При возрастании φ сила Py понижается, поэтому легко деформируемые длинные детали обрабатывают резцами с большими углами φ близкими к 90 о .

При возрастании продольной подачи S отношение Px/Pz также возрастает.

Эффективная мощность Ne – мощность, расходуемая на процесс деформирования и срезания с заготовки слоя материала.

При точении цилиндрической поверхности на токарно-винторезном станке эффективная мощность вычисляется по следующей формуле:

где V – скорость резания, м/мин; n – частота вращения заготовки, об/мин; S – продольная подача, мм/об; [Pz] и [Px] = Н.

На практике вторым слагаемым в вышеприведённой формуле пренебрегают, так как , и эффективную мощность определяют по упрощенной формуле:

Мощность потребного электродвигателя станка определится как

где η – к.п.д. станка, учитывающий потери мощности в узлах трения станка (подшипниках, зубчатых передачах и т.п.) при её передаче от электродвигателя до шпинделя станка. Обычно η ≈ 0,7-0,8.

Крутящий момент резания – момент, необходимый для преодоления сопротивления вращению обрабатываемой заготовки.

Вычисляется по формуле:

где Dзаг – диаметр заготовки, мм.

Для того, чтобы процесс резания был возможен, крутящий момент на шпинделе Мшп, развиваемый станком при определённом числе оборотов шпинделя, должен быть не меньше момента сопротивления Мкр:

Источник

11. Мощность резания при точении:

, кВт

где РZ — сила резания, Н;

VПР — практическая скорость резания, м/мин.

12. Проверка допустимости выбранного режима резания по мощности станка

12.1. Условие допустимости

где Npeз — мощность резания, кВт;

NЭ — мощность главного электродвигателя станка, кВт; η — КПД станка. Средние значения КПД токарных станков равны 0,7-0,8.

Читайте также:  Монтаж коробка отбора мощности

12.2. В случае недостаточности мощности станка снизить скорость резания, перейдя на меньшую частоту вращения шпинделя, и повторить проверку

13. Основное время обработки детали (рис. 7).

, мин

где L — длина рабочего хода резца в направлении подачи, мм;

i — количество рабочих ходов;

nПР — практическая частота вращения шпинделя, об/мин.; sПР — практическая подача, мм/об.

, мин

где l — длина обрабатываемой поверхности, мм;

y — врезание резца; y = t*ctgφ , мм (при φ ≤ 90°); y = t*tg*(φ-90), мм (при φ > 90°). , шт. ∆ ∆ — перебег резца; ∆ = 1-2 мм. Количество рабочих ходов i = h / t, где h- величина припуска где h — припуск на сторону, мм; на обработку, мм; t — глубина резания, мм. t – глубина резания, мм.

Рис. 7.

Форма титульного листа

Челябинский государственный агроинженерный университет

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ

Выбор режима точения

Числа в дробных степенях

Продолжение прил. 1-

Выполнения домашнего задания по разделу дисциплины

материаловедение и технология

конструкционных материалов – «Резание»

Произвести токарную обработку детали (вал) на токарном станке модели 1К62.

Вид операции: наружное обтачивание.

Шероховатость обработанной поверхности по ГОСТ 2789-74 Ra=25мкм.

Материал детали – СЧ35.

Размеры после обработки:

Длина обрабатываемой поверхности 1=100мм.

Диаметр наружный D=40 мм.

Припуск на обработку h=4 мм.

Материал режущей части резца – ВК8.

Способ крепления режущей пластины на державке – припайка.

Стойкость резца Т=75 мин.

1. Технические характеристики станка 1К62:

Продольные подачи, мм/об:

Мощность главного электродвигателя: N=10кВт.

Высота центров: 200мм.

Высота державки резца: 25 мм.

Максимальное расстояние между центрами: 1400

Поперечные подачи составляют от продольных ½ мм/об.

2. Механические характеристики материала обрабатываемой детали.

Материал детали: СЧ35. Такой чугун получают при добавлении в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок. Такой чугун обладает более высокими механическими свойствами из-за измельчения формы графитных включений.

σв – временное сопротивление разрыву;

3. Выбираем способ установки и закрепления заготовки на станке.

Способ установки и закрепления: так как отношения 1/d=100/40=2,5 0 С.

Назначение черновая обработка при переменных и ударных нагрузках.

5. Выбор типа резца.

Резец – проходной отогнутый с пластинкой из твердого сплава.

Материал державки резца принимаем: Сталь 45 (ГОСТ 1050-74).

φ– главный угол в плане.

φ1 – вспомогательный угол в плане

γ – главный передний угол.

α – главный задний угол.

r – радиус при вершине

Pn – основная плоскость.

PV – плоскость резания.

Pt – главная секущая плоскость.

Рис. 2. Резец проходной отогнутый с пластинкой из твердого сплава.

6. Выбор глубины резания.

Для черновых операциях обтачивания назначают по возможности максимальную температуру (t). Определяем припуск на сторону t=h/2=4/2=2 мм. Назначаем глубину резания t=2мм.

7. Выбор величины подачи.

Для черновой операции обтачивания выбирают подачу в зависимости от глубины резания при максимальной мощности резания, жестокости СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки.

Подачу принимаем: S =0,39 мм/об.

8. Скорость резания.

Скорость резания для операции обтачивания при обработке твердым сплавом определяем по эмпирической формуле:

Где CV – коэффициент, характеризующий условия обработки;

Т – стойкость резца;

t – глубина резания, мм;

x, y, m – показатели степени, учитывающие влияние t, S и T;

KV — общий поправочный коэффициент, характеризующий конкретные условия обработки. Является произведением ряда коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов.

KV = KMV * KПV * Kиv * KTC * KТИ * Kφ * Kr = 0.85*0.8*1.0*1.0*0.8*1.0*0.9 = 0.48

Читайте также:  Мощность блоков питания для массовых персональных компьютеров

8.1. По материалу резца и обрабатываемому материалу выбираем коэффициент СV и показатели m, x, y.

8.2. KMV – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала. Для чугуна СЧ 35: KMV=0,85

8.3. KПV – коэффициент, учитывающий влияние заготовки и состояние ее поверхности. Берем KПV=0,8, так как обтачивание черновое (по корке).

8.4. KИV – коэффициент, учитывающий влияние марки материала резца (для ВК8).

8.5. Kφ – коэффициент, учитывающий влияние главного угла резца в плане. При φ=45 0 , Kφ=1.

8.6. Kr – коэффициент, учитывающий влияние радиуса r при вершине резца. При обработке СЧ 35 r=1 мм, Kr=0,9.

9. Определение частоты вращения шпинделя:

VT – теоретическая скорость резания;

d – диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

nT – 1000*19/3,14*40 =151 мин -1

Практическая частота вращения заготовки nПР выбирается по паспорту станка: берется ближайшая меньшая (или большая, если она не превышает 5%) частота вращения.

10. Определение силы резания.

Pz = 10 *Cp * t x * S y * Kp * Kvp =10*95*2*0.39 0.75 *1.0*0.95 =884 H

Где Cp – коэффициент, характеризующий условия обработки;

t – глубина резания, мм;

X, y – показатели степени, учитывающие влияние t, S на Pz;

KP — общий поправочный коэффициент, характеризующий конкретные условия обработки. Является произведением ряда коэффициентов, учитывающих влияние на Pz различных факторов.

Kp =KМр *Kφp*Krp = 1,06*1,0*0,95 = 1,007.

10.1. Для СЧ 35 при обработке его пластиной из твердого сплава ВК8 коэффициенты равны:

Ср=95 x =1.0 y =0.75.

10.2. KМр – коэффициент, учитывающий влияние качество обрабатываемого материала.

10.3. Kφp – коэффициент, учитывающий влияние главного угла резца в плане: φ=45 0 , Kφp =1,0;

10.4. Krp – коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине резца r=1, Krp =0,95.

10.5. Kvp – коэффициент, учитывающий влияние скорости резания.

11. Расчет мощности резания.

Nрез =Pz*Vпр/60000 = 884*157/60000 = 2.3 кВт, где

Pz – сила резания, Н;

Vпр – практическая скорость резания, м/мин.

Vпр = 3,14*40*125/1000 = 157 м/мин.

12. Проверка допустимости выбранного режима резания по мощности станка.

Условия допустимости: Nрез ≤ Nэ · η

Где Nэ – мощность главного электродвигателя, кВт;

Для токарных станков η = 0,7-0,8;

Nэ · η =10*0,7 =7 кВт, условие выполняется: 2,3 0 : 11 =t ctgφ =2ctg45 0 =2мм. Для всех видов токарной обработки величина пробега устанавливается 12 =1-3 мм;

L =100+2.0+1 = 103 мм;

1– патрон.

3 – резец. Рис. 3. Схема обработки заготовки.

ЛИТЕРАТУРА

1.Ю.А. Абрамов, В.К. Горбунов. Справочник технолога – машиностроения, том 2.

-М:, Машиностроение, 1985

2.М.А. Тылкин. Справочник термиста ремонтной службы: М: Металлургия, 1981.

3.С.С. Некрасов. Обработка материалов резанием. – М:, Колос, 1997.

4.В.Ф.Карпенков, Л.Г. Баграмов и др. материаловедение и технология конструкционных материалов (часть 2). Учебник. – М.: Колос, 2006

5.Г.Г. Созыкин. Теоретические основы обработки металлов резанием. Курс лекций. – Челябинск, 1999

6.Справочник технолога – машиностроителя. Под редакцией А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985

Источник



Силы резания, мощность резания, прочностные расчеты

Равнодействующая R представляет собой геометрическую сумму трех

_ _ _ _ ______________

составляющих: R = Pz + Py + Px, модуль | R | = √ P 2 z + P 2 y + P 2 x или

Так как главная составляющая Рz отличается от равнодействующей R всего на 10%, при расчетах используют только значение Рz, такая погрешность удовлетворяет силовые расчеты и уменьшает их объём.

При наружном точении и растачивании значение Рz, в килограммах определяется по формуле:

Рz = С рt x S y V z кг., (5)

Читайте также:  Глубинный насос для скважины потребляемая мощность

где Ср – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала и условия обработки определяется по справочным таблицам. t – глубина резания, назначается технологом из допустимых справочных данных. S – подача, назначается технологом из допустимых справочных данных. При изменении условий обработки в формулу вводятся поправочные коэффициенты. Х,У,Z показатели степени, являющиеся тангенсами угла наклона прямых графиков зависимости силы резания от глубины резания, подачи и скорости резания определяются из справочных таблиц.

Для создания необходимых усилий резания требуется станок, который сможет создать такие условия, то есть все его детали и двигатель выдержат предполагаемую нагрузку. Промышленность выпускает станки различной мощности, и чтобы определить, на каком станке можно обработать заготовку заданными режимами определяют мощность, которая образуется в зоне резания от заданных условий обработки по формуле: N e = кВт, (6)

Эффективная мощность (мощность в зоне резания) где P z — сила резания, кгс; V — скорость резания, м/мин.

Для определения мощности электродвигателя станка с учетом его к.п.д. используют формулу:

η ст— к.п.д. станка (0,75).yη

Для определения мощности, потребляемой электродвигателем станка из

сети, используют формулу:

— к.п.д. электродвигателя (0,97).

В резании принимают участие и резец, и двигатель, и деталь, и механизмы станка. Во время больших перегрузок один из элементов системы СПИД может не выдержать нагрузку, поэтому расчет ведут по наиболее слабому звену. Станки подбирают по требуемой мощности, детали станков рассчитываются и проверяются на заводах-изготовителях, поэтому слабым звеном могут быть заготовка (изделие) или инструмент. Изделие проверяют на жесткость, то есть определяют какую силу резания, выдержит заготовка до допустимого для неё прогиба. В зависимости от способа закрепления заготовки её прогиб от одинаковой силы резания может быть больше или меньше, поэтому одна и та же заготовка может выдержать большую или меньшую допустимую силу резания в зависимости от способа закрепления.

Допустимую силу резания определяют по формуле:

P z доп= ; (9)

κ ж – коэффициент жесткости, учитывает способ закрепления детали

κ = 3 – деталь закреплена в патроне консольно

κ=48 – деталь закреплена в двух центрах

κ=110 – деталь закреплена в патроне и в центре задней бабки

ƒ – допустимый прогиб (не более 0,4 мм)

Е – модуль упругости ≈ 2∙10 4 , кг/мм 2

J – момент сопротивления ≈ 0,04 d 4 , мм 4

L – расстояние между точками крепления и опасным сечением.

Резец проверяют по прочности на изгиб, так как резец для работы закрепляется в резцедержателе и четверть или третья часть резца выступает за опорную поверхность резцедержателя, а на вершину резца действует сила резания, поэтому резец испытывает деформацию изгиба. Резец должен выдерживать изгибающий момент от сил резания. Для проверки резца определяют допустимую силу, которую он выдержит на изгиб, и эта сила должна быть больше действующей силы резания или равна ей. Допустимую силу определяют из равенства изгибающих моментов — момента действующего на резец и момента, который может выдержать резец:

[σ изг] – допустимое напряжение на изгиб державки резца прямоугольного сечения

ℓ – плечо (вылет резца) – расстояние от вершины резца до опорной поверхности резцедержателя ≤1,5 Н; Н – высота державки резца.

w – момент сопротивления; w = , где (11)

В – ширина державки, Н – высота державки.

Результаты проверки должны удовлетворять условию Р z ≤ P z доп, где

Источник