На скорость резания резцом на токарном станке, влияют следующие факторы: стойкость режущего инструмента, свойства обрабатываемого металла, подача и глубина резания, геометрические элементы режущей части резца, размеры сечения державки резца, смазочно-охлаждающая жидкость, максимально допустимая величина износа резца. От вышеуказанных причин зависит и шероховатость поверхности детали. Причиной значительного расхождения значений величин скорости резания, составляющих силы резания и величины параметра шероховатости, рассчитанных для одинаковых условий резания по различным источникам является одно общее обстоятельство: отсутствие в расчётных математических моделях оперативного учёта теплофизических свойств сменных контактных пар «твёрдосплавный инструмент - стальная заготовка». В данной статье предлагается использовать в математической модели по расчёту скорости резания дополнительный информационный параметр, характеризующий свойства контактных пар в виде величины термоЭДС пробного рабочего хода.
Это положение было использовано при коррекции математических моделей для расчёта составляющих силы резания и разработки математических моделей для расчёта величины шероховатости, что значительно уменьшило погрешности их расчёта. При коррекции существующей модели расчёта скорости резания резцом, ставилась задача дифференцированного применения её для трёх стадий токарной обработки, т.е. для условий чернового точения, получистового и чистового точения. Это связано с тем, что условия резания для каждой стадии отличаются по уровню температур, условиям деформации срезаемых объёмов металла, виду контактного взаимодействия, механизму износа твёрдосплавного инструмента.
В работе А.Л. Плотникова “Управление параметрами процесса лезвийной обработки на станках с ЧПУ”, приведены скорректированные математические модели расчёта скорости резания трёх стадий токарной обработки для углеродистых, конструкционных и низколегированных сталей, в структуре которых использован дополнительный информационный параметр: термоЭДС пробного рабочего хода для каждой новой контактной пары. Скорректированные модели позволили значительно повысить точность расчёта скорости резания резцом, но, применительно к обработке коррозионностойких сталей, они дают большую погрешность.
Используя методические наработки, изложенные в указанной работе, были проведены исследования с целью коррекции математической модели для расчёта скорости резания коррозионностойких сталей. Для этого использовался принципиально новый подход для оперативного определения скоростного коэффициента CV.
Согласно аналитической зависимости (см. "Шероховатость обработанных поверхностей детали, недостатки расчетов") по расчёту скорости резания окончательное расчётное значение коэффициента Cv определяется как произведение коэффициентов KМv и Kи, и его рекомендованной постоянной величиной 290, 350 см. Дальский А.М. “Справочник технолога-машиностроителя” , 350, 420 см. Косилова А.Г. и Мещеряков Р.К. “Справочник технолога-машиностроителя” или Cv = 606 см. Дальский А.М. “Справочник технолога-машиностроителя” или CV = 580 см. Вульф, А.М. “Резание металлов”. Это безразмерная величина, не имеющая физического смысла, хотя во многих справочниках Cv называется величиной, зависящей от свойств инструментального и обрабатываемого материала. То есть, коэффициент Cv определяет "энергетический" ресурс резца при заданных условиях резания, но физическими величинами с ним не связан.
В работе Плотникова А.Л. предлагается определять значение коэффициента Cv, как характеристику сочетания физико-механических и теплофизических свойств контактной пары, по величине термоЭДС пробного рабочего хода. При установленной связи Cv с термоэлектрическими свойствами контактной пары, его значение приобретает физический смысл и позволяет оперативно учитывать разброс свойств контактной пары в формуле (см. "Шероховатость обработанных поверхностей детали, недостатки расчетов").
Для выявления такой связи были обработаны результаты стойкостных испытаний различных пар «коррозионностойкие стали – твердый сплав»
14Х17Н2 – Т5К10,
20Х13 – ВК8,
40Х13 – Т15К6,
12Х18Н10Т – Т5К10,
ЭИ961 – ВК8,
ЭИ961 – Т15К6,
03Х18Н9 – ВК8.
Предварительно, перед началом стойкостных испытаний измерялась величина термоЭДС пробного рабочего хода каждой контактной пары. Износ фаски по задней грани доводится до 0,8 мм для стадии черновой обработки и до 0,5 для стадий получистовой и чистовой обработки. На этом уровне износа фиксировалась величина стойкости резца с начала испытаний на различных скоростях резания резцом на токарном станке, подачах и глубинах резания. Величина коэффициента Cv вычислялась на основе формулы (см. ниже). Особенностью методики расчета Cv являлось то, что в данной формуле не учитывались поправки на геометрию резца, прочностные свойства сталей и режущие свойства твердого сплава, а учитывалась величина термоЭДС пробного рабочего хода Е, как комплексного критерия оценки свойств контактных пар. Значение Cv вычислялось по зависимости:
Сv = Vрез*Т(0,2)*S(0,35)*t(0,15)*Е
где Т – действительная стойкость инструмента из опыта, мин; Е – термоЭДС пробного рабочего хода для каждой новой контактной пары, в мВ, измеренной на режимах предварительного пробного рабочего хода (V=100 м/мин, S=0,1 мм/об, t=1 мм).
В результате экспериментов установлено, что для всех испытанных контактных пар величина коэффициента Cv и величина термоЭДС пробного рабочего хода связаны линейной зависимостью по уравнению
Cv = А – к Е
где А – постоянная, определённая на основании стойкостных испытаний, к – угловой коэффициент.
На рисунке 1 приведена графическая зависимость скоростного коэффициента CV от величины термоЭДС пробного рабочего хода для трёх стадий токарной обработки коррозионностойких сталей.
Рис. 1 – График зависимости Cv от термоЭДС пробного рабочего хода
Новизна предложенной методики состоит в том, что значения скоростного коэффициента Cv берётся не из справочников, а определяется оперативно для каждой новой контактной пары непосредственно на станке перед началом работы, а затем по локальной сети может передаваться в САПР ТП или использоваться самой системой ЧПУ во встроенном модуле расчёта режимов резания. Значение коэффициента Cv, определённого по формуле (см. ниже) приобретает физический смысл как обобщённая энергетическая величина, характеризующая сочетание физико-механических (теплофизических) свойств контактной пары.
Методика предусматривает, что расчету скорости резания резцом на любой стадии токарной обработки предшествует операция пробного резания, т.е. предварительно обрабатывают металл (стальную заготовку) и измеряют термоЭДС в паре инструмент – заготовка. Далее по величине термоЭДС данной пары и рабочим параметрам технологического процесса (подаче s , глубине резания t и задаваемой стойкости Т) определяют допустимую скорость резания, обеспечивающую задаваемую стойкость по следующей формуле:
V=(A-kE)/(T(0,2)*S(0,35)*t(0,15))
где Е – термоЭДС пары твердосплавный инструмент – обрабатываемый металл, мВ; А – постоянная = 180 при черновом точении, 360 при получистовом точении, 244 при чистовом точении; К – коэффициент, равный соответственно для стадий черновой обработки = 2,9; для получистовой 12,8 и для чистового точения 6,3.
Скорректированная формула расчёта скорости резания обеспечивает совпадение задаваемого значения стойкости резцов с фактическими в пределах 10-14%. Преимущества скорректированной формулы по сравнению с существующими состоит ещё и в том, что она позволяет решить как прямую задачу выбора точного значения скорости резания так и обратную, т.е. по выбранной скорости резания резцом на токарном станке, принятым величинам подачи, глубины резания и величине термоЭДС пробного рабочего хода определять (прогнозировать) время работоспособности резца.