Отправить запрос

Кинематика процесса резания. Часть 1

Поговорим о кинематике процесса резания, в частности, ножевыми головками. Обратите внимание на рисунок 1. Так выглядит кинематическая схема процесса резания.

Рис.1: Кинематическая схема процесса резания

Рис.2: Шероховатость поверхности

Заметим в скобках, что на схеме, а также в тексте и на остальных рисунках используются следующие обозначения:

  • n - частота вращения инструмента
  • D - диаметр инструмента
  • vf - скорость подачи заготовки
  • vc - скорость резания
  • fz - подача на зуб
  • f - подача на оборот
  • z - количество зубьев инструмента
  • fz eff - эффективная подача (на зуб/ на оборот)
  • t - шероховатость поверхности
  • hm - средняя толщина стружки
  • а - глубина резания

Шероховатость поверхности - это высота микронеровностей, возникающих от удара ножа (рис. 2). Под чистовой обработкой поверхности понимается достижение шероховатости в границах 0,003 - 0,006 мм.

Шероховатость обрабатываемой поверхности вычисляется по следующей формуле: t = (fz)2 / (4D)

Диаметр стандартной ножевой головки, как правило, равен 125 мм, количество ножей - 4. Зная диаметр инструмента и желаемую чистоту обрабатываемой поверхности, мы можем определить подачу на зуб.

Подача на зуб - это то расстояние, которое проходит заготовка между ударами двух ножей.

Эта величина рассчитывается по формуле: fz = 2 * SQR(t * D)

Подставляем численные значения: fz = 2 * SQR(0.0045 * 125) = 1.5 мм/зуб

Надо ли напоминать, что SQR - это буквенное обозначение квадратного корня?
 


Рис. 3, Диаграмма качества поверхности

Таким образом, для достижения желаемого результата, то есть нужной чистоты обрабатываемой поверхности, подача на зуб должна составлять 1,5 миллиметра (рис.3).*

Теперь остаётся определить самое главное: с какой скоростью необходимо пропускать заготовки через станок, чтобы получить желаемое качество.

Скорость подачи заготовки определяем по формуле: vf = fz * n * z/1000

Подставляем численные значения: vf = 1.5 * 6000 * 4/1000 = 36 м/мин

В реальности, однако, ситуация выглядит немного иначе. Вышеприведенная формула является, так сказать, формулой академической, описывающей идеальную ситуацию. На практике обычная ножевая головка на обычном четырехстороннем станке не даёт тех результатов, которые мы вычислили, по двум причинам:

  • наличие гарантированного зазора между шпинделем и посадочным отверстием инструмента;
  • погрешности при заточке ножей в ножевой головке;

Для установки ножевой головки на шпиндель станка необходим гарантированный зазор между шпинделем и посадочным отверстием инструмента порядка 40 микрон. В противном случае инструмент будет невозможно установить на шпиндель станка.


Рис. 4, Смещение оси инструмента относительно оси шпинделя d (мм)

При установке на шпиндель ось ножевой головки неизбежно минимально смещается относительно оси шпинделя (рис.4). У такого инструмента возникнет ещё и погрешность при заточке. В результате получается, что все ножи инструмента вращаются по разным окружностям, и качество поверхности определяет в конечном итоге только один нож.

Для того чтобы учесть вышесказанное, в формулу вычисления скорости подачи необходимо вводить величину так называемой эффективной подачи на зуб: fz eff.

При использовании обычного инструмента величина fz eff равна подаче на оборот, то есть количество ножей в ножевой головке (или количество зубьев у фрезы) не влияют на качество обрабатываемой поверхности.В формуле для вычисления скорости подачи заготовки независимо от количества ножей z будет равно 1.

Тогда реальная скорость подачи будет в четыре раза меньше: vf = (1,5 * 6000 * z = 1)/1000 = 9 м/мин

При частоте вращения инструмента 6000 об/мин четырех ножей вполне достаточно. Увеличение количества ножей не приводит к улучшению качества поверхности, но приводит к увеличению расходов на ножи. Из сказанного однозначно следует, что реально увеличить производительность станка возможно при условии устранения вышеперечисленных негативных моментов.

Они устраняются при использовании так называемого гидроинструмента и станков средней и тяжёлой серий.

Примечания:

* На диаграмме качества поверхности показана интересная зависимость качества обрабатываемой поверхности от fz eff и зависимость стойкости инструмента от fz eff. Улучшение качества поверхности с уменьшением подачи вполне понятно: на каждый обработанный миллиметр поверхности приходится большее количество ударов ножа. Но, если fz eff меньше 1,3 мм, происходит резкое снижение стойкости инструмента.

Это возникает в связи с резким повышением температуры в зоне резания. При совсем малой подаче fz режущая кромка инструмента начинает не затупляться, а гореть. Кстати, это обстоятельство особенно важно для алмазных лезвийных инструментов, стойкость которых при правильном выборе кинематических режимов составляет десятки километров.

 

Смирнов А.В.
Технический директор ООО «Тул Лэнд»

Новости компании
С днём работников леса!
Уважаемые работники лесного комплекса! Поздравляем Вас с главным профессиональным праздником –  Днем работников леса! Лес — бесценное природное...
14.09
Компания «Тул Лэнд» расширяет ассортимент поставляемых бланкетных сталей
Безвольфрамовые бланкеты и бланкеты с высоким содержанием вольфрама – 18%. Страна происхождения – Франция (фирма ELBE). Бланкеты из стали Cr1...
13.09

Комплексоне решение для производителей межкомнатных дверей

наверх