Методические указания к выполнению.
Варианты курсовых работ.
Целью курсовой работы является закрепление основных положений теории параметрической и структурной оптимизации технологических процессов, приобретение практических навыков построения математических моделей и определение оптимальных технологических параметров. Необходимо разработать программное обеспечение, позволяющее определить оптимальные параметры процесса резания.
Отчет о курсовой работе должен содержать следующие документы:
1. Титульный лист;
2. Содержание;
3. Постановка задачи;
4. Алгоритм решения задачи;
5. Структура программы.
Содержание содержит перечень всех описанных разделов с указанием страниц, на которых они находятся. Каждый раздел начинается с новой страницы.
Раздел «Постановка задачи» содержит подразделы:
- Характеристика задачи;
- Выходная информация;
- Входная информация.
В разделе «Характеристика задачи» содержится:
- назначение задачи;
- перечень объектов, при управлении которыми решается задача;
- периодичность и продолжительность решения;
- условия, при которых прекращается решение задачи;
- распределение действий между персоналом и техническими средствами при различных ситуациях решения задачи.
В разделе «Выходная информация» приводятся образцы выходных форм и машинных документов.
В разделе «Входная информация» описываются входные параметры, применяемые при решении задачи.
В разделе алгоритм решения задачи приводится математическая модель описания объекта управления или набор основных формул, по которым осуществляется расчет.
В разделе «Приложения» содержатся следующие подразделы:
-Листинг программы;
-Результат работы программы;
-Контрольный пример.
Варианты заданий для курсовых работ.
Программа должна выполнять функции:
1) Определение оптимальных параметров процесса обработки;
2) Ввод и корректировку информации, хранение информации в базе данных;
3) Выдачу результатов расчета;
Входными параметрами являются:
-обрабатываемый материал;
-предел прочности на растяжение обрабатываемого материала;
-обрабатываемый диаметр заготовки;
-длина заготовки;
-глубина резания;
-материал режущей части инструмента и его предел прочности на изгиб
-ширина и высота сечения державки резца
-нормативный период стойкости
Выходная информация должна быть оформлена в соответствии с таблицей 1.
Таблица1. Выходная информация
| Материал заготовки | Оборудование | Материал режущего инструмента | Оптимальные режимы обработки | |
| подача S (мм/об) | частота вращения n (об/мин) | |||
Варианты заданий представлены в таблице 2.
Таблица 2. Исходные данные
| Вариант | Материал заготовки | Оборудование | Материал режущего инструмента | Способ базирования | Квалитет |  , мкм
|
| Сталь 08,40,45 | 1Е125, 16К20 | Т5К10, Т15К6 | в патроне, в центрах | 10-12 | ||
| Сталь 20,20Х,35 | 1Г325, 1Е316 | Т14К8, Т30К4 | в патроне, в центрах | 9-11 | ||
| Сталь 10,15,25 | 1П426Ф3, 16К25 | Т5К10, Т30К4 | в патроне, в центрах | 11-13 | ||
| Сталь 3, 45,65 | 1Е365ПФ3, 16К20П | Т15К6, Т14К8 | в патроне, в центрах | 10-12 | ||
| Сталь 5ХНМ, ХВГ, 12Х2Н4А | 1А670, 16К20Ф3 | Т5К10, Т15К6 | в патроне, в центрах | 9-11 | ||
| Сталь 40Х, 45Г, 30ХГСА | 16К20Т1, 16К40П | Т14К8, Т30К4 | в патроне, в центрах | 11-13 | ||
| Сталь 3, 25,40Х | 1А660, 16К30Ф305 | Т5К10, Т30К4 | в патроне, в центрах | 10-12 | ||
| Сталь 40, 65, 20Х | 1Н713, 16К20П | Т15К6, Т14К8 | в патроне, в центрах | 9-11 | ||
| Сталь 35, 12ХН3А, 5ХГН | 1723, 1Г325 | Т5К10, Т15К6 | в патроне, в центрах | 11-13 | ||
| Сталь 5ХНМ, 20Х, 30ХГСА | 1А751, 1Е316 | Т14К8, Т30К4 | в патроне, в центрах | 10-12 | ||
| Сталь 55, 65Г, 40Х | 1719, 1723Ф3 | Т5К10, Т30К4 | в патроне, в центрах | 9-11 | ||
| Сталь 5, 15, 18 ХНВА | 16К20, 16Т02А | Т15К6, Т14К8 | в патроне, в центрах | 11-13 | ||
| Сталь 18ХГТ, 20Х, 30 | 16К20Т1, 1А660 | Т5К10, Т15К6 | в патроне, в центрах | 10-12 | ||
| Сталь 40 ХГН, 40Х, | 16К50П, 15Б16А | Т14К8, Т30К4 | в патроне, в центрах | 9-11 | ||
| Сталь 18 ХНВА 12 ХН3А, | 16Б16Т1, | Т5К10, Т30К4 | в патроне, в центрах | 11-13 | ||
| Сталь 40Х, 30ХГСА, ХВГ | 1А516МФ3, 1Е365ПФ3 | Т15К6, Т14К8 | в патроне, в центрах | 10-12 | ||
| Сталь 25ХГТ, 12Х2Н4А, | 1П416Ф3, | Т5К10, Т15К6 | в патроне, в центрах | 9-11 | ||
| Сталь 40 ХГН, 12ХН3А, | 1Е316, 16К40П | Т14К8, Т30К4 | в патроне, в центрах | 11-13 | ||
| Сталь 65, 40, ХВГ | 1Е365ПФ3, 16К20Т1 | Т5К10, Т30К4 | в патроне, в центрах | 10-12 | ||
| Сталь 12 ХН3А, 18ХГТ, | 1А425, 1А660 | Т15К6, Т14К8 | в патроне, в центрах | 9-11 |
Примечания:
- предел прочности режущего материала при изгибе 
принимать:
(Т5К10)=1420 МПа;
(Т15К6)=1176 МПа;
(Т30К4)=980 МПа;
(Т14К8)=1274 МПа;
- мощность двигателя главного привода определять по [1]. Для всех вариантов принимать КПД токарных станков 
.
- Для вариантов 1 – 10 предельное усилие, допускаемое прочностью механизма продольной подачи принимать 6000 Н, для вариантов 11 – 20 - 7000 Н;
- в качестве заготовки во всех вариантах принимать прокат.
Методические указания к выполнению.
Методика оптимизации режимов резания
Необходимо назначить оптимальные режимы резания для токарной обработки (частоту вращения шпинделя N и подачу S), которые обеспечат обработку с минимальными затратами времени. Режимы резания должны обеспечить заданные параметры точности и чистоты поверхности, заданную среднюю стойкость режущего инструмента, а также находится в диапазонах, которые допускаются кинематическими и силовыми возможностями станка.
Время, затрачиваемое на обработку, равно:
,
здесь l - длина обрабатываемого участка. Очевидно, что t будет минимально, когда будет максимально значение произведения 
. Таким образом, необходимо выбрать такие режимы резания, при которых:
. (1)
Разработаем ограничения, которые должны быть наложены на величины 
и 
.
Ограничение №1 по стойкости режущего интсрумента. Средняя стойкость инструмента 
связана со скоростью резания 
, подачей и глубиной резания 
зависимостью [1]:
, (2)
где коэффициенты 
, 
и показатели степени 
, 
, 
характеризуют конкретные условия обработки. Учитывая, что 
, где 
- диаметр обрабатываемой заготовки, формула (2) может быть переписана в следующем виде:
. (3).
Т. к. стойкость РИ должна быть не ниже нормативной, то из (3) следует первое ограничение по стойкости РИ в виде:
. (4)
Ограничение № 2 по жесткости обрабатываемой заготовки. В зависимости от условий закрепления статический прогиб заготовки 
, мм можно определить по стандартным формулам, известным из курса сопротивления материалов:
- при закреплении в патроне:
; (5)
- при закреплении в патроне с упором в задний центр:
; (6)
- при закреплении в центрах:
, (7)
здесь 
- радиальная составляющая силы резания, Н; 
- модуль упругости (для стали 
Н/мм2); 
- момент инерции поперечного сечения вала, мм4; коэффициенты 
, 
и показатели степени 
, 
, 
- характеризуют конкретные условия обработки.
Максимальную величину прогиба обычно ограничивают величиной:
, (8)
где 
- допуск на получаемый размер. Тогда из формул (7 – 8) с учетом зависимости для скорости резания следует ограничение по жесткости обрабатываемой заготовки для условий закрепления в патроне с упором в задний центр:
. (9)
Для остальных условий закрепления ограничения могут быть получены аналогично.
Ограничение № 3 по мощности электродвигателя главного привода станка. Данное ограничение можно выразить условием:
, (10)
где 
- мощность, затрачиваемая на резание; 
- мощность электродвигателя привода главного движения; 
- КПД кинематических цепей от электродвигателя к инструменту (обычно 
).
Мощность, затрачиваемая на резание, может быть определена по следующей зависимости:
, (11)
где 
- тангенциальная составляющая силы резания. Тогда, учитывая выражение для скорости резания, получим ограничение по мощности электродвигателя главного привода станка в виде:
. (12)
Ограничение №4 по требуемой шероховатости поверхности. Данное ограничение выражается условием:
, (13)
где 
- предельно допустимое значение шероховатости обработанной поверхности. Параметр шероховатости 
при получистовом и чистовом наружном точении определяется по формуле [2]:
, (14)
где 
- передний угол инструмента; 
- радиус при вершине резца; 
- коэффициенты, характерные для обрабатываемого материала. После несложных преобразований данное ограничение принимает вид:
. (15)
Ограничения №№ 5 - 8 по кинематическим возможностям станка. Данные ограничения имеют вид:
, 
; (16)
, 
; (17)
здесь 
и 
, 
и 
- минимальные и максимальные число оборотов шпинделя и подача, допускаемые кинематическими возможностями станка.
Ограничение №9 по прочности механизма подач станка. В случае продольного точения осевая составляющая силы резания не должна превышать значений, обусловленных прочностью механизма подач станка. Тогда данное ограничение может быть записано в виде:
, (18)
здесь 
- осевая составляющая силы резания; 
- предельно допустимое значение силы 
. Или с учетом зависимости для скорости резания:
. (19)
Ограничение №10 по прочности режущей части инструмента. Сущность данного ограничения заключается в том, что напряжения, возникающие в режущей части инструмента, не должны превышать предела прочности материала инструмента на изгиб. Данное ограничение может быть записано в следующем виде:
, (20)
где 
- ширина сечения державки резца, мм; 
- высота сечения державки резца, мм; 
- предел прочности на изгиб материала инструмента, ГПа.
Прологарифмируем выражения (4, 9, 12, 15, 16, 17, 19, 20), введем обозначения 
, 
, логарифмы правых частей данных выражений обозначим 
. Тогда задача выбора оптимальных режимов резания может быть переписана в следующем виде:
(21)
. (22)
Данная система уравнений решается симплекс методом.
Литература:
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т.1/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. 656 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т.2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. 496 с.