Lektsia_16 (лекция у Ученкова)

Лекция 16

Выбор режимов резания при многоинструментальной обработке

При одновременной работе нескольких инструментов, что характерно, например, для работы токарных автоматов, возникает проблема выбора скорости вращения шпинделя. При этом у каждого инструмента своё значение скорости резания, обеспечивающее наиболее благоприятные условия его эксплуатации. Неопределённость решения этой задачи увеличивается также по причине неодинакового участия различных инструментов в цикле обработки заготовки.

Проф. Г.А.Шаумян предложил использовать для этого зависимость

, (9.10)

где T – период стойкости инструмента, A – постоянный коэффициент, v – скорость резания, m – показатель степени равный 5 при обработке инструментом, изготовленным с применением твердого сплава и 8 - из быстрорежущей стали.

При этом сначала выполняют расчёт числа оборотов шпинделя для некоторой базовой скорости резания Vo , определённой для одного из участвующих в многоинструментальной наладке инструмента, после чего далее, рассчитав коэффициент интенсификации скорости резания X, вычисляют скорость резания V, при которой можно будет достичь максимальную производительность обработки. При этом

V= X Vo

Минимальная себестоимость обеспечивает скорость резания, оцененная по специально разработанным проф. Г.А.Шаумяном номограммам с учётом доли расходов по инструменту в продукции предприятия.

Условия эксплуатации современного металлообрабатывающего оборудования не всегда позволяют в полной мере использовать рассмотренную методику выбора скорости резания при одновременной многоинструментальной обработке заготовок. Прежде всего это связано с особенностями внедрения высокоскоростной обработки (ВСО).

В основе реализации ВСО лежит гипотеза К. Соломона о том, что при скорости резания, существенно выше обычной, температура в зоне резания и силы резания понижаются, что позволяет поднять производительность (рис. 9.13).

Рис. 9.13. Типовые зависимости силы резания от скорости резания

Основные преимущества ВСО заключаются в следующем:

многократное повышение производительности обработки;

- достижение высокого качества обработки на чистовых операциях, сравнимого с операциями шлифования;

- снижение нагрева детали благодаря удалению большей части теплоты со стружкой;

- снижение уровня вибраций, поскольку при высоких частотах вынужденных колебаний могут превышаться частоты собственных колебаний элементов технологической системы.

Однако только в последние годы для широкой реализации ВСО сложились необходимые условия.

В настоящее время достаточно распространение получили шпиндельные узлы, позволяющие вести обработку на высоких скоростях резания на высоких частотах вращения шпинделя. Новые инструментальные материалы и нанокомпозиционные покрытия обеспечили необходимую стойкость инструмента при ВСО. Использование современных инструментальных оправок и балансировочных машин снизило дисбаланс и биения шпинделя. CAM-системы последнего поколения позволили назначать и рассчитывать сложные траектории для постоянной нагрузки на инструмент, а системы ЧПУ приобрели необходимую производительность для непрерывной обработки на высоких скоростях. Доступным стало экспериментальное измерительное оборудование, позволяющее с высокой точностью и дискретностью получать данные о процессе резания в реальном времени.

Разные материалы обладают различными диапазонами скоростей резания, при которых скорость обработки оптимальна (рис. 9.14). При обработке труднообрабатываемых материалов сегодня чаще всего ограничением для повышения скорости резания является чрезмерный износ режущего инструмента. При обработке легкообрабатываемых материалов ограничивающим фактором является возможность шпинделя станка развить необходимую для высокой скорости резания частоту вращения.

Рис. 9.14 Примерные диапазоны скорости резания используемые при механообработке различных материалов

Исследование обработки алюминиевого сплава АМГ 65 на станках фирмы Huron модели K2X 10Five позволили экспериментально подтвердить преимущества стратегии «тонко, но быстро», как одной из важнейших стратегий ВСО. С помощью динамометра фирмы Kistler были получены зависимости изменения силы резания при уменьшении глубины резания и повышении скорости резания и подачи, разработана методика ускоренного проведения эксперимента, обеспечивающая быстрый поиск повышенных режимов.

Фрезерование выполнялось с использованием корпуса HM90 E90A-D22-3-C20 фирмы Iscar (Израиль) с пластины APKR 1003PDR-HM (сплав IC28) фирмы Iscar (Израиль). Корпус устанавливался в оправку фирмы Rego-Fix (Швейцария) модели HSK-A63/ER40x160 H.

Для реализации стратегии «тонко, но быстро» при неизменном объеме снимаемой стружки уменьшалась глубина резания и пропорционально увеличивалась минутная подача (табл. 9.1).

Табл. 9.1 – Результаты эксперимента по подбору оптимального соотношения глубины резания и минутной подачи

Для повышения величин скорости резания и минутной подачи при постоянной величине подачи на зуб. Повышение производительности производилось путем пропорционального увеличения величин частоты вращения шпинделя и минутной подачи (Табл. 9.2).

Табл. 9.2 – Результаты эксперимента по подбору величин скорости резания и минутной подачи при постоянной величине подачи на зуб фрезы

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что при правильно подобранных величинах глубины резания и подачи на зуб увеличение скорости резания дает значительный прирост производительности. Снижение силы резания можно оценить как потенциал для компенсации возрастающего из-за увеличения скорости резания износа инструмента.

Осмотр пластин с помощью микроскопа МБС-10 показал, что величина скорости износа и сам износ режущей кромки инструмента не превышали критических значений 50 мкм. Анализ зоны износа на сканирующим растровом микроскопе показал присутствие процесса наростообразования на кромках режущих инструментов, но его скорость несущественно превышала скорость этого процесса при обычно применяемых скоростях резания.

При токарной обработке эффективность применения ВСО представляется очевидной.

В таблице 9.3 приведены результаты измерения составляющих силы резания Fx , Fy и , Fz при токарной обработке цилиндрической заготовки из алюминиевого сплава с изменением скорости резания V от 100 до 1000 (м/мин) при одинаковой для всех экспериментов глубине резания t = 1 мм.

Таблица 9.1

Качество обработанных деталей (шероховатость, острые кромки) начиная со скорости 600 об/мин остается неизменно хорошим.

Таким образом, повышение скорости резания при токарной обработке приводит к многократному повышению производительности, существенному снижению вибраций и уменьшению средних уровней всех составляющих силы резания. Последнее особенно важно для обработки изделий, имеющих зоны тонкого профиля, что расширяет технологические возможности применяемого метода механообработки.

3