Определение режимов обработки резанием является важнейшей технико-экономической задачей в области машиностроения. Обычно она решается на основе двух подходов:

·определение режимов резания на основе приближенных расчетов с применением справочников;

·оптимизация режимов резания по какому-либо критерию оптимальности; оптимальность режимов резания может определяться производительностью, экономичностью или точностью обработки, качеством поверхностного слоя и эксплуатационной надежностью и долговечностью деталей машин.

Поскольку режим резания характеризуется тремя параметрами – скоростью резания, глубиной и подачей, то задача их определения одновременно предполагает решение вопроса о применяемом на данной операции режущем инструменте и оборудовании, на котором резание осуществляется.

Определение режимов резания может осуществляться тремя методами.

1. Экспериментальный метод. Проведением опытов (как правило, стойкостных) находят параметры режима резания, которые могут быть применены при выполнении данной операции. Вполне очевидно, что при данном методе найденный режим резания не будет оптимальным.

2. Использование накопленного опыта. При этом определение режимов резания может осуществляться двумя способами: выбор режимов резания с помощью нормативной справочной литературы (табличный способ) и расчет режимов резания с помощью эмпирических формул, которые являются результатом математической обработки данных накопленного опыта. Такой способ называется аналитическим. В то же время, накопленные данные (банки данных) не могут учитывать все возможные условия резания в конкретной операции, тем более при появлении новых обрабатываемых и инструментальных материалов, конструкций инструментов и др. Данный метод имеет низкую надежность оптимизации режимов обработки и требует отладки результатов расчета непосредственно на станке.

3. Расчет режимов резания с использованием теоретических (физических) прогнозирующих моделей процесса резания. Данный метод в перспективе будет наиболее общим и точным и позволит получить действительно оптимальные режимы резания.

Одной из наиболее важных задач является последовательность выбора (определения) скорости резания, подачи и глубины резания, которая позволяет получить наилучший результат. Например, в условиях серийного производства очень важной характеристикой является производительность обработки резанием Q, которая определяется объемом снимаемого материала за единицу времени:

Q = VSt.

Как видно из этой формулы, V, S и t влияют на производительность одинаково. Все равно, с чего начинать и какой параметр режима резания увеличивать. В то же время, как было показано ранее, V, S и t по-разному влияют на температуру резания, интенсивность износа и стойкость режущего инструмента.

Именно это соотношение как раз и показывает, что меньше всего на температуру резания и, следовательно, на интенсивность износа режущего инструмента влияет изменение глубины резания. Затем по порядку идет изменение подачи и больше всех на температуру и интенсивность износа влияет изменение скорости резания.

Поэтому при равном влиянии на производительность резания первым (максимально большим) должен назначаться тот параметр, увеличение которого мало сказывается на стойкости инструмента, т.е. глубина резания – t. Второй, исходя из этого принципа, назначается подача, а последней – определяется скорость резания. В некоторых случаях V и S назначаются одновременно (так называемая двухпараметрическая оптимизация) при выполнении всех накладываемых на S ограничений.

Для расчета режима резания необходимы следующие исходные данные, выбираемые из чертежей заготовки и детали, а также с учетом особенностей обработки на данном оборудовании:

1) марка обрабатываемого материала и его прочностные характеристики: для сталей – предел прочности R_m или твердость НВ (HRC), для чугунов – твердость НВ; способ получения заготовки (штамповка, поковка, литье, прокат), состояние поверхности заготовки (литейная корка, окалина после горячей прокатки, штамповки и т.п.);

2) размеры заготовки и обработанной детали;

3) требуемая точность (квалитет) и шероховатость обработанной поверхности, свойства поверхностного слоя;

4) метод крепления заготовки: в патроне, в центрах, в патроне с поджатием свободного торца центром задней бабки (для станков токарной группы); на столе или в приспособлении (для сверлильных и фрезерных станков). Например, при точении жестких заготовок (т.е. при отношении длины заготовки к ее диаметру L/d ≤ 6) крепление осуществляется в патроне, при обработке недостаточно жестких заготовок (6 < L/d ≤ 12) – либо в двух центрах, либо в патроне и центре; при обработке нежестких заготовок (L/d > 12) – в центрах с установкой люнета.

В зависимости от операции (точение, сверление, фрезерование) выбирается тип и модель станка. Модель станка выбирается с учетом габаритных размеров заготовки и обрабатываемых поверхностей. Для проверочных расчетов режимов резания необходимы следующие паспортные данные станка:

1) ряд частот вращения шпинделя (при дискретном регулировании);

2) ряд подач (при дискретном регулировании);

3) наибольшее допустимое усилие подачи;

4) мощность привода главного движения;

5) КПД привода главного движения станка.

Указанные данные приводятся в паспортах станков, справочной и методической литературе.

При обработке на современных станках рекомендуется использовать составные или сборные конструкции режущих инструментов, у которых изготавливают: рабочую (режущую) часть – из инструментального материала, крепежную – из обычных конструкционных материалов. Исключение составляют мелкоразмерные и слесарные инструменты, изготовляемые цельными из инструментального материала, а также инструменты, выполняемые из углеродистых и легированных инструментальных сталей.

Твердые сплавы в виде пластин соединяют с крепежной частью с помощью напайки или специальных высокотемпературных клеев. Многогранные твердосплавные и минералокерамические неперетачиваемые пластины закрепляют механическим способом. Мелкоразмерные твердосплавные инструменты (концевые и дисковые фрезы, сверла, зенкеры, развертки и др.) изготовляют в виде припаиваемых к хвостикам твердосплавных стержней, вставок и коронок, или цельными.

Оптимальную марку твердого сплава из рекомендуемых следует выбирать с учетом условий обработки на каждой конкретной операции. При этом предпочтение следует отдавать инструменту со сменными неперетачиваемыми пластинами, что позволяет применять более износостойкие твердые сплавы с покрытиями, которые эффективны для большинства распространенных видов обработки резанием конструкционных и низколегированных сталей и чугунов.

В современных условиях следует более широко применять инструменты из минералокерамики и оснащенные СТМ.

Поскольку глубина резания t менее всего влияет на стойкость инструмента, ее следует назначать возможно большей, чтобы срезать припуск за наименьшее число проходов. При черновой (предварительной) обработке назначают глубину резания, равную всему припуску на обработку или большей его части; при чистовой (окончательной) обработке – в зависимости от требований к точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

Во многих случаях период стойкости можно назначить согласно рекомендациям справочников в зависимости от характера выполняемой операции, инструментального материала, конструктивных элементов инструмента и т.п. При выборе периода стойкости могут быть два варианта:

1) принять большую величину Т, редко переналаживать станок и перетачивать инструмент, но работать с малой скоростью, а, значит, с малой производительностью резания;

2) принять малую величину периода стойкости, работать с большой скоростью резания, но часто переналаживать станок и перетачивать инструмент; определить, какой из вариантов является более выгодным можно, только задавшись дополнительными критериями оптимизации.

Определение оптимальных режимов резания может осуществляться исходя из следующих дополнительных критериев оптимизации:

1) минимум переменной доли себестоимости (так называемый экономический критерий);

2) максимум производительности обработки (по минимуму машинного времени);

3) максимум получаемой прибыли (с учетом состояния рынка производимых изделий);

4) максимальное количество деталей, обработанных инструментом за один его период стойкости;

5) максимальное количество деталей, обработанных инструментом за полный срок его службы с учетом всех его переточек.

Эти критерии определяют значения соответствующих стойкостей: экономической стойкости, стойкости максимальной производительности и стойкости максимальной прибыли.