Файл: Корытин, А. М. Оптимизация управления металлорежущими станками.pdf

ветствует определенная температура резания. Таким образом,, температура, измеряемая естественной термопарой, может слу­ жить характеристикой интенсивности процесса резания. С. Ф. Глебов и А. М. Даниелян, занимаясь исследованиями влияния различных факторов на температуру резания, приходят к выводу, что зависимости скорости резания от стойкости резца Согласно данным А. В. Панкина любым комбинациям скорости, могут быть выведены из температурных факторов и обратно, подачи и глубины резания при одной и той же стойкости соот­ ветствует постоянная температура, колебания которой не пре-, восходят 3—8% за счет образования наростов и их срыва. С. С. Можаев и Т. Г. Саромотина считают, что использование термоэлектрического метода измерения температур, возникаю­ щих при 'резании металлов, создает реальные предпосылки автоматизации металлорежущих станков для достижения на них наивыгоднейшей производительности путем автоматическогоподдержания интенсивности процесса резания на определенном уровне.

Рассмотрим основные зависимости температуры резания от элементов режима резания. С ростом скорости резания темпе­ ратура режущей кромки возрастает. На основании анализа многочисленных опытных диаграмм сделан вывод, что темпера­ туры рабочей (передней) поверхности резца пропорциональны: приблизительно корню квадратному из скорости резания:

0 = СДД5.

Приращение скорости резания значительно сильнее влияет на температуру резания, чем приращение сечения стружки, а приращение толщины стружки влияет сильнее, чем приращениеширины стружки. Отсюда для установления режима наибольшей

производительности при заданном периоде стойкости в первую очередь необходимо увеличивать глубину резания до съема припуска за один проход, затем увеличивать подачу и, наконец, выбирать скорость резания, соответствующую требуемой стой­

кости.

Большое число опытов позволило определить для многих конкретных случаев оптимальные скорости резания при постоян­

при точении закаленной стали 15Х12ВНМФ резцом с пластин­ кой Т15К6 при глубине резания 0,5 мм [21].

Согласно теории стойкости, развитой А. В. Панкиным, износ зависит от термических и механических факторов. Под воздей­ ствием температуры происходят структурные изменения металла в режущей кромке инструмента. В результате воздействия тем­ пературы в течение 'определенного времени на режущую кромку инструмента твердость ее резко уменьшается и дальнейшая ра­ бота становится невозможной.

Механический износ, протекающий за этот период стойкости при обработке конструкционных и легированных сталей, невелик и в сравнении с тепловым износом им можно пренебречь. По­ этому для указанных случаев обработки стойкость целесооб­ разно выразить временем работы инструмента до начала раз­ рушения без учета размерного износа. При обработке жаро­ прочных и закаленных сталей, когда размерный износ велик, стойкость целесообразно выражать временем работы инстру­ мента при одинаковом износе резцов. При обработке резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов особенно интенсивно происходит износ режущего инструмента, оказываю­ щий непосредственное влияние на точность обработки. В этих условиях выбор режимов резания, исходя из временной стойко­ сти, не соответствует оптимальным параметрам. Поэтому целе­ сообразно учитывать размерную стойкость инструмента.

32

В качестве характеристик размерной стойкости инструмента могут быть приняты скорость поверхностного износа vh и отно­ сительный поверхностный износ Л0. п. Для каждого сочетания материала обрабатываемой детали и инструмента при работе на любой подаче существует определенная оптимальная скорость резания, которой соответствует минимум поверхностного относи­ тельного износа [21]. Оптимальная скорость резания колеблется в широких пределах: от 10—30 м/мин при обработке закален­ ных сталей и жаропрочных сплавов твердосплавным инструмен­ том до 300—350 м/мин при обработке углеродистых сталей минералокерамическим инструментом.

А. Д. Макаровым установлено, что оптимальным скоростям резания при работе на различных подачах для данного обра­ батываемого материала и инструмента соответствует постоянная оптимальная температура резания Э0 и постоянная величина термоэлектродвижущей силы Е„.

Снижение скорости резания ниже оптимальной v0 всегда приводит к снижению размерной стойкости инструмента и точ­ ности обработки, хотя период общей стойкости Т при этом может быть выше оптимального периода стойкости Т0, соответствую­ щего скорости v0. Оптимальная температура резания является физической константой для заданной пары резец—изделие, так как она постоянна для всех подач и при ней наблюдается наименьшая (но различная для разных подач) интенсивность износа и максимальная размерная стойкость инструмента. По­ ложение А. Д. Макарова о постоянстве оптимальной темпера­ туры резания для всех экстремальных точек семейства кривых ho. n(v), полученных при работе на различных подачах, спра­ ведливо при чистовой обработке твердосплавными резцами угле­ родистых, закаленных и легированных сталей, а также жаро­ прочных сталей и сплавов, подтверждается экспериментальными работами других исследователей, например, Р. А. Танатарова, С. С. Силина. На рис. 13 показаны кривые, характеризующие влияние скорости резания на термоэлектродвижущую силу и относительный поверхностный износ резца ВК6 при растачи­

печивающих постоянство оптимальной температуры резания, со­ храняется наименьшая (для выбранной подачи) величина поверх­ ностного относительного износа, максимальная размерная стойкость инструмента и точность обработки. Как снижение, так и повышение скоростей резания по сравнению с оптимальными приводит к значительному повышению интенсивности износа и снижению размерной стойкости инструмента. А. Д. Макаров приводит опытные данные, показывающие, что при точении стали 12Х18Н9Т резцами из сплава Т30К4 на подачах 0,10—0,15 мм,'об

полуторократное повышение скоростей резания по сравнению с оптимальными приводит более чем к двадцатикратному сни­ жению размерной стойкости, а двукратное уменьшение скорости резания вызывает снижение размерной стойкости в 6—36 раз.

составляющих: Рг—'Главной, касательной силы, действующей в

р = V p I + p I + p I .

Составляющие силы резания зависят от ряда факторов, основными из которых являются: скорость резания v, глубина резания t, подача s, геометрические параметры инструмента, механические свойства обрабатываемого материала, охлаждение,, температура резания 0Р. При различных условиях обработки эти факторы изменяются в той или другой степени. Особенно часто этим изменениям подвержена глубина резания. Колебания глубины резания вызывают колебания силы резания, которые,, в свою очередь, вызывают смещение инструмента относительно детали. При этом в замкнутой упругой системе СПИД могут возникнуть вибрации — автоколебания с частотой, определяемой свойствами самой колебательной системы и близкой к одной ив

34

частот собственных колебаний упругой системы станка. Это приводит к потере точности обработки и снижению стойкости инструмента. Методы борьбы с колебаниями и повышение устойчивости систем при обработке подробно рассмотрены в книге [17]. В дальнейшем полагаем, что процесс обработки ве­ дется при отсутствии колебаний.

Рассмотрим некоторые закономерности изменения составляю­ щих силы резания в зависимости от различных факторов. При увеличении скорости резания повышается температура на резце и в стружке, изменяются коэффицент трения на гранях резца, твердость обрабатываемого металла, действительный угол реза­ ния за счет нароста. Влияние перечисленных явлений вызывает изменение силы резания. В работах, проведенных рядом иссле­ дователей, отмечается различное влияние скорости резания на главную составляющую силы резания Р2. А. Н. Челюсткин, С. Ф. Глебов, А. М. Вульф отмечают, что сила Рг зависит от скорости резания столь незначительно, что этим можно прене­ бречь. Некоторые исследователи (например, Ф. Тейлор, С. С. Можаев и Т. Г. Саромотина, Н. И. Резников) установили, что с ростом скорости резания составляющая Pz уменьшается, причем большее относительное уменьшение претерпевает радиальная составляющая силы резания Ру. На рис. 15 показана зависи­ мость сил резания от скорости при обработке резцом В. А. Ко­ лесова стали 45, построенная по экспериментальным данным Н. И. Резникова.

В работе Я. Г. Усачева отмечено, что сила Pz несколько увеличивается с ростом скорости, а в работе И. М. Беспрозванного зафиксирована экстремальная зависимость главной силы Рг от скорости резания (рис. 16).

А. Н. Еремин установил, что зависимость силы Рх в функции от скорости резания (рис. 17) криволинейна и подобна кривой

2* 35

усадки стружки. Эта зависимость имеет точки максимума и минимума, связанные с определенными значениями температур резания. Согласно этим исследованиям характер изменения усадки стружки | зависит от температуры в зоне резания и не зависит от сочетания факторов процесса резания, определяющих температуру. При этом минимум кривой £(t>) А- Н. Еремин свя­ зывает с влиянием нароста на резце. Если температура резания и действительный угол резания остаются неизменными в про­ цессе резания, то остается неизменной и величина усадки стружки £. Осевая Рх и радиальная Ру составляющие с измене­ нием скорости резания также изменяются по закону кривой, подобной Pz(v).

В. Д. Кузнецов ввел понятие «условного напряжения реза­ ния» ov, представляющее силу, отнесенную к единице сечения среза.

Исследования А. Н. Еремина показали, что для данной обра­ батываемой стали и угла резания резца режимам обработки при одинаковых температурах соответствуют одинаковые действи­ тельный угол резания, усадка стружки £, твердость стружки и условное напряжение резания av.

На основании изложенного представляется возможным свя­ зать рассмотренные ранее стойкостные зависимости температуры резания с условным напряжением резания av. Однако, если ме­ тоды измерения силы резания достаточно разработаны, то в реальных условиях не представляется возможным получить сигнал, пропорциональный условному напряжению резания aVr поскольку в общем случае сечение стружки в процессе резания изменяется и учесть его трудно. Следовательно, силу резания удобно принять в качестве одного из критериев настройки станка на оптимальный режим резания при чистовой обработке, когда изменением сечения стружки допустимо пренебречь.

Оценка производительности станка зависит от требований, предъявляемых к обработке. При черновой обработке приме­ няют невысокие скорости и большие подачи, снимается стружка

3G