Свистун Татьяна Викторовна

Одним из наиболее производительных методов обработки является использование многоинструментальных наладок, что сокращает время на изготовление детали. Особенностью указанного метода применительно к токарной обработке является необходимость определения общей для всей наладки частоты вращения шпинделя. Ввиду актуальности указанного вопроса расчетом многоинструментальных наладок исследователи занимаются в течение длительного времени [1 - 4].

Для определения частоты вращения шпинделя, общей для наладки инструментов, используются различные методики, например [3 - 4]. В соответствии с методикой [3] частота вращения шпинделя определяется из условия обеспечения наибольшей производительности с использованием аналитических зависимостей; подразумевается, что все инструменты, входящие в наладку, имеют одинаковую характеристику инструментального материала (в аналитической зависимости «стойкость T - скорость резания V»показатель степени = const).

По методике [4] вычисляется экономически обоснованная, общая для наладки, частота вращения шпинделя. Основные положения этой методики даны также для случая = const; для наладок с различными характеристиками инструментального материала ( = var, например, ₁ , ₂ ) методом подбора определяется единая для наладки значение _общ . В настоящей работе разработана программа для определения частоты вращения шпинделя, общей для наладки инструментов с различными характеристиками инструментального материала; при этом количество групп инструментов с одинаковым показателем , входящих в общую наладку, практически не ограничено.

Рассмотрим последовательность определения экономически обоснованной (общей для наладки) частоты вращения шпинделя вначале для случая = const, а затем рассмотрим особенности расчета для случая = var.

Для выполнения расчета необходимо иметь схему обработки детали с использованием многоинструментальной наладки, а также конструктивно-технологические характеристики обрабатываемых поверхностей: диаметры и длины поверхностей, значения глубин резания, характеристики инструментального материала (значения ), нормативные стойкости режущих инструментов и т.п.

Расчет общей для наладки частоты вращения шпинделя для случая = const выполняется в следующей последовательности (пункты 1 – 5 выполняют для каждого i-го инструмента наладки; остальные пункты расчета относятся к наладке в целом).

1) Определяют частоту вращения шпинделя, соответствующую скорости V₁₀₀ (V₁₀₀ – скорость резания, которая соответствует стойкости инструмента, равной 100 мин.):

                        (1)

где D_i– диаметр обрабатываемой поверхности.

2) Пропорциональный износу инструмента (при V_100i) расчетный коэффициент:

                        (2)

3) Коэффициент резания:

                        (3)

где L_rezi– длина резанияi – го инструмента;

L_суп –ход суппорта.

4) Фактическое время обработки каждой из поверхностей:

t_rezi=T_нi·,                        4)

где T_нi– нормативная стойкость.

5) Фактическое значение коэффициента, пропорционального износу инструмента:

                        (5)

6) После вычисления вышеприведенных параметров определяют коэффициент, пропорциональный суммарному износу всех инструментов наладки:

                        (6)

где n – количество инструментов в наладке.

7) Вычисляют общую для наладки частоту вращения шпинделя:

                        (7)

Расчет общей для наладки частоты вращения шпинделя для случая = var выполняется в следующей последовательности. Все инструменты, входящие в наладку, подразделяются на группы таким образом, чтобы в каждой группе находились инструменты с одинаковым значением показателя степени . Далее, для групп инструментов с одинаковым , таким же образом, как и для случая с = const, находится общее для данной группы расчетное значение частоты вращения шпинделя n₁, n₂, … n_j. Затем определяют общую для инструментальной наладки (то есть для всех групп инструментов) частоту вращения шпинделя n_общ, используя нижеследующую аналитическую зависимость:

                        (8)

где n₁, n₂, … n_j – частота вращения j-й группы инструментов с посто-янным .

Разработанная программа (на языке программирования Turbo Pascal) компоновка которой приведена на рис. 1, позволяет выполнять расчет общей для инструментальной наладки частоты вращения шпинделя n_общ для любого из возможного вариантов: с одинаковыми и различными характеристиками инструментального материала.

В последнем случае (то есть для = var) частота вращения шпинделя n_общ определяется по выражению (8) методом подбора. Запуск программы осуществляется файлом andr.exe. После ввода исходных данных (количество резцов, диаметры обрабатываемых поверхностей, скорости резания V₁₀₀) производится определение частоты вращения шпинделя, фактическое время обработки каждой из поверхностей, фактическое значение пропорционального износу инструмента коэффициента и другое. После анализа частот вращения шпинделя n₁, n₂, … n_j производится автоматическое определение предельных (минимальной n_min и максимальной nmax) частот.

С определенным шагом (в цикле) выполняются вычисления до тех пор, пока не будет получена заданная точность получаемого результата. Для этого вычисляется безразмерная величена А:

                        (9)

где k – количество групп инструментов с различными ;

n_i – частота вращения шпинделя при данном _i .

На каждом шаге вычислений определяется отклонение (по модулю) величины А от 1:

Y=|A-1|.                        (10)

Величина отклонения Y сравнивается с допустимой погрешностью вычислений :

Y.                        (11)

В качестве окончательного значения принимается частота вращения шпинделя, для которой вычисленная погрешность Y минимальна и меньше заданной погрешности .

Работу программы проиллюстрируем на примерах расчета многоинструментальной наладки, схема которой приведена на рис. 2, при обработке поверхностей вала на токарном многорезцовом полуавтомате.

Пример расчета 1. Используются инструменты с одинаковым значением показателя степени . В табл. 1 для каждого из четырех резцов приведены исходные данные для расчета: соответствующая стойкости Т = 100 мин скорость резания V₁₀₀ , диаметр обрабатываемой поверхности D_i, показатель степени _i , нормативная стойкость T_ні .

Таблица 1. Исходные данные

Резец №	V100i	Di, мм/зуб	i	Tнi	Lrezi	Lсуп
1	44.5	90	4	60	15	58
2	48.8	32.5	4	60	50	58
3	48.8	32.5	4	60	50	58
4	48.8	32.5	4	60	50	58

Результаты обработки программой исходных данных приведены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты вычислений

Резец №	n100	W100, мм/зуб	i	Trezi	Wi
1	157.387	1629.782	0.259	15.517	252.897
2	477.955	19.163	0.862	51.724	9.912
3	477.955	19.163	0.862	51.724	9.912
4	477.955	19.163	0.862	51.724	9.912

В результате расчета получено: n_эк = 243.980244 об/мин.

Пример расчета 2. Используются инструменты с различными значениями показателя степени при других (по сравнению с примером 1) условиях обработки.

В табл. 3 приведены соответствующие исходные данные, а в табл. 4 – результаты расчета программой.

Таблица 3. Исходные данные

Резец №	V100i	Di, мм/зуб	i	Tнi	Lrezi	Lсуп
1	188	90	3	60	15	58
2	152	32.5	3	60	50	58
3	48.8	32.5	4	60	50	58
4	48.8	32.5	4	60	50	58

Таблица 4. Результаты вычислений

Резец №	n100	W100, мм/зуб	i	Trezi	Wi
1	664.914	5.116	0.26	15.37	0.786
2	1488.711	0.204	0.85	51.233	0.104
3	477.955	19.163	0.862	51.724	9.912
3	477.955	19.163	0.862	51.724	9.912

В результате расчета получены значения частот вращения шпинделя для каждой из групп инструментов с постоянными значениями показателя : n₃ = 702 об/мин и n₄ = 474 об/мин. Общие для всей многоинструментальной наладки частоты вращения шпинделя (и соответствующие значения погрешностей вычислений) равны: n = 441 об/мин (Y = 0,00281) и n = 442 об/мин (Y = 0,00570). Окончательно принимаем частоту вращения шпинделя n = 441 об/мин, для которой погрешность вычисления минимальна и меньше заданной предельной величины ( = 0,005).

Список литературы:

1. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/ В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.; Под общ. ред. В.И. Баранчикова. – М.: Машиностроение, 1990. – 400 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

3. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение, 1973. 640 с.

4. Темчин Г.И. Многоинструментные наладки. Теория и расчет. Машгиз. М.: 1963 – 544с.