Способ определения допустимой скорости резания при механической обработке детали твердосплавным инструментом

 

Использование: область обработки металлов резанием. Сущность изобретения: решение позволяет учитывать разброс обрабатываемости стальных заготовок и условий резания при определении допустимой скорости токарной обработки как в ручном режиме, так и в режиме автоматизированного определения на станках с ЧПУ. Предварительно в условиях безвибрационного резания в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования обрабатывают металл (стальную заготовку) и измеряют термоЭДС в паре инструмент - деталь и по величине термоЭДС предварительной обработки и рабочим параметрам технологического процесса: заданной стойкости, назначенной по технологическому процессу подаче и глубине резания определяют допустимую скорость резания. 1 з. п. ф-лы. 2 табл.

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть применено на токарных станках с ЧПУ в режиме автоматизированного определения допустимой скорости резания, соответствующей заданной стойкости инструмента, программным путем, а также на универсальных токарных станках в режиме ручного расчета допустимой скорости резания.

Известен способ определения допустимой скорости резания, соответствующей заданной стойкости инструмента при токарной обработке (см. Г.А. Монахов, А. А. Оганян и др. Станки с программным управлением. М. Машиностроение, 1975, стр. 246, таблица 13), по которому определение скорости ведется по технологическим параметрам процесса резания (Т, s, t), показателям степеней при каждом из них и ряду поправочных коэффициентов по формуле где С_v коэффициент, зависящий от марки обрабатывающего материала, марки режущего инструмента и диапазона подач, Т стойкость инструмента в минутах, s подача в мм/об, t глубина резания в мм, ^km_v коэффициент, учитывающий механические свойства металла (σ_вр в кгс/мм²), k₃ коэффициент, учитывающий состояние заготовки (корка литейная, без корки, корка загрязненная), k_Т коэффициент, учитывающий марку твердого сплава при обработке стали, k_изн коэффициент, учитывающий износ резца по задней поверхности, k_ϕ коэффициент, учитывающий главный угол резца в плане ϕ^o,
k_λ коэффициент, учитывающий форму передней поверхности.

Недостатки известного способа проявляются в следующем:
1. Коэффициент k_Т учитывает влияние на величину С_v только различных марок твердосплавного инструмента (см. справочник "Станки с программным управлением", стр. 247, таблица 14), но не учитывает разброс режущих свойств (качества инструмента) внутри каждой марки (см. ОСТ 48-99-76. Сплавы спеченные. Изделия для режущего инструмента. Метод определения режущих свойств или сборник "Твердые сплавы", N 20, ВНИИТС. М. Металлургия, 1979, стр. 5-11).

2. Коэффициент k_мv учитывает влияние различных марок стали на величину С_v, но не учитывает разброс физико-механических свойств внутри каждой марки из-за так называемых металлургических фактов (см. А.М. Вульф. Резание металлов. Л. Машиностроение, 1973, стр. 204).

Совокупность указанных недостатков проявляется в том, что известный способ не дает точного совпадения расчетной стойкости инструмента, а это приводит к тому, что "общий срок службы инструмента почти вдвое меньше расчетного" (см. Колл. авторов. Развитие науки о резании металлов. М. Машиностроение, 1967, стр. 389).

Недостатком известного способа определения допустимой скорости резания является так же то, что численному определению величины коэффициента k_мv должны предшествовать выборочные механические испытания металла из партии поставки по определению временного сопротивления на разрыв s_вр, что является существенным препятствием на пути автоматизированного выбора допустимой скорости резания на станках с ЧПУ. Таким же препятствием является отсутствие оперативной информации об изменениях в реальной (а не в расчетной) геомeтрии инструмента (изменение углов в плане ϕ, заднего угла a, переднего угла g) и условий резания (величины участков контактного взаимодействия по передней и задней грани инструмента), оказывающих влияние на величину действительной стойкости инструмента.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному по совокупности признаков является способ определения допустимой скорости резания при механической обработке (см. а.с. N 418278 М. кл. В 23 в 25/06 24.12.1971), учитывающий разброс режущих свойств инструмента путем измерения собственной термоэлектродвижущей силы инструмента и проведения предварительных стоимостных испытаний, на основе которых скорость резания определяется по формуле

где Т стойкость инструмента,
U_c собственная термоЭДС инструмента,
С_v постоянная,
m, z показатели степени, определенные из стойкостных испытаний при любом значении Т.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата (совпадение величины расчетной стойкости с действительной) при использовании известного способа относится то, что он не учитывает разброс обрабатываемости стальных заготовок в партиях поставки, а также то, что при определении допустимой скорости для партии инструмента в предшествующих дополнительных стойкостных испытаниях не учитывается влияние условий резания (геометрии инструмента и различия физико-механических свойств обрабатываемого металла) на величину С_v, что существенно снижает точность определения допустимой скорости резания.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является учет разброса обрабатываемости стальных заготовок и условий резания при определении допустимой скорости токарной обработки как в ручном режиме, так и в режиме автоматизированного определения на станках с ЧПУ.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является обеспечение совпадения расчетной стойкости инструмента с действительной путем измерения термоЭДС пары инструмент деталь непосредственно на станке в условиях кратковременной предварительной обработки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения допустимой скорости резания при механической обработке металла твердосплавным инструментом со снятием стружки и измерением термоЭДС, предварительно в условиях безвибрационного резания в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования, обрабатывают металл (стальную заготовку) и измеряют термоЭДС в паре инструмент деталь и по величине термоЭДС данной пары и рабочим параметром технологического процесса (Т, s, t) определяют допустимую скорость резания по следующей формуле

где Е термоЭДС в mВ пары твердосплавный инструмент обрабатываемый металл,
А постоянная k коэффициент z показатель, определенные из условий предварительной обработки (V=100м/мин; s=0,1мм/об; t=1мм) А 625; k 24,7; z 0,24.

Использование в заявленном способе определения допустимой скорости резания термоЭДС пары инструмент обрабатываемый металл повышает точность расчетной скорости резания, соответствующей заданной стойкости, так как термоЭДС используется как обобщенная характеристика режущих свойств твердосплавного инструмента, обрабатываемости металла и условий резания. Кроме того, в заявленном способе величина С_v определена как переменная от Е и выражена уравнением А k Е, что так же повышает точность определения допустимой скорости резания.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками идентичности всем существующим признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно на выбранных режимах обработки, не связанных с технологическими режимами, но исключающими вибрацию и наростообразование (например: V= 100м/мин; s=0,1мм/oб; t=1мм), производят кратковременную обработку различных марок металла твердосплавными инструментами разных марок с содержанием углерода на нижней и верхней допустимой границе, измеряют термоЭДС в парах и по величине термоЭДС и на основе стойкостных испытаний при любом значении V, s, t измеряют действительную стойкость инструмента и по ОСТ 48-99-76 определяют численное значение постоянной А, величины коэффициента k в уравнении прямой, связующей зависимости С_v от термоЭДС предварительной обработки, т.е. в уравнении (А k Е) и численную величину показателя 1/z в зависимости T=f(E) при любых постоянных значениях V, s, t и производят определение допустимой скорости резания для любых пар твердосплавный инструмент обрабатываемый металл по формуле

На определенной по предлагаемой формуле скорости резания производят обработку металла с подачей s и глубиной резания t, назначенными в технологическом процессе обработки.

Результаты экспериментальной проверки предложенного способа определения допустимой скорости резания для различных пар твердосплавный инструмент - обрабатываемый металл в диапазоне заданной стойкости 10 130 минут, подачи 0,195 0,61 мм/об и глубины резания от 0,5 до 3 мм приведены в таблицах 1 и 2.

Испытания проводились на токарном станке 1К62, снабженным бесступенчатым приводом главного движения с возможностью установки чисел оборотов шпинделя отечностью до 1 об/мин. Величина фаски износа по задней грани доводилась до 0,8 мм.

Для всех проверенных 16 пар твердосплавный инструмент сталь (41 режим обработки) относительная ошибка по определению действительной стойкости не превышала 15% что может быть принято как достаточный уровень точности, поскольку ОСТ 48-99-76 на спеченные твердые сплавы допускает изменение режущих свойств внутри одной партии до 50%
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в металлообработке при определении допустимой скорости резания на универсальных токарных станках, для автоматизации выбора допустимой скорости резания на токарных станках с ЧПУ (диалоговый режим подготовки управляющих программ);
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

Способ определения допустимой скорости резания при механической обработке детали твердосплавным инструментом, включающий измерение термоэлектродвижущей силы, отличающийся тем, что предварительно обрабатывают деталь в условиях безвибрационного резания в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования и измеряют термоэлектродвижущую силу в паре инструмент-деталь, а допустимую скорость резания определяют с использованием измеренного значения термоэлектродвижущей силы и рабочих параметров технологического процесса по формуле

где Т заданная стойкость инструмента, мин,
S подача, мм/об,
t глубина резания, мм,
E термоэлектродвижущая сила, мВ,
A, К, Z постоянные, определенные из условия предварительной обработки (А 625; К 24,7; Z 0,24).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2