Розрахунок режимів фрезерування на ЧПУ верстатах: формула подачі на зуб

Режими різання визначають ефективність та якість обробки деталей на фрезерному верстаті. Помилки при розрахунку режимів призводять до зниження точності обробки та якості фрезерованої поверхні. Причому зіпсувати деталь може і верстат із ЧПУ, і механічний агрегат, яким керує живий фрезерувальник. Тому далі по тексту ми розповімо, як здійснюється розрахунок режимів різання при фрезеруванні - розраховується частота обертання шпинделя з фрезою, швидкість подачі столу із заготівлею, товщина шару металу, який знімають за один прохід. Ця інформація допоможе вам самостійно розрахувати режими різання під час фрезерування деталей з будь-якого матеріалу.

Що таке фрезерування

Коли ріжучий інструмент обертається, а заготовка переміщується у вертикальній або горизонтальній площині, ви маєте справу з фрезеруванням. Зубчастий різальний інструмент - фрезу, вставляють у патрон, а заготовку закріплюють на столі верстата. Патрон можна закріпити на вертикальному або горизонтальному шпинделі, а позиціонування деталі щодо площини столу змінюється за допомогою спеціального оснащення.

Фрезерний верстат дозволяє обробляти площини, що контактують з торцевою або бічною (периферійною) стороною фрези. Ріжучий інструмент має уривчасту дію, оскільки зубці фрези контактують із заготівлею відносно короткий час. Швидкість різання у разі залежить від частоти обертання шпинделя верстата і діаметра фрези. Швидкість подачі заготовки в зону різання залежить від частоти обертання та швидкості поворотно-поступального руху столу.

Ці особливості ускладнюють розрахунок режимів різання, оскільки крім обертів шпинделя і переміщення столу фрезерувальник повинен контролювати глибину шару металу, що зрізається, за один оборот фрези, а також зміщення заготовки щодо ріжучого інструменту при зміні зубів.

Види режимів фрезерування

Обробка матеріалів різанням за допомогою фрези та фрезерного верстата передбачає три базові режими фрезерування:

• Грубе (обдирне) фрезерування - цей режим передбачає зняття з поверхні заготовки товстого шару металу за один прохід, а також мінімальні вимоги до якості обробленої поверхні. Глибина і ширина шару, що зрізається в цьому випадку визначаються міцністю фрези, а швидкість інструменту свідомо уповільнюється. Проте подача столу у разі завжди доходить до максимальних значень. Обдирку використовують у тому випадку, коли деталь потрібно фрезерувати максимально швидко.
• Чистове фрезерування - при такому режимі заготівля перетворюється на деталь з розрахунковими розмірами та невеликим напуском на останній етап обробки. Глибину і ширину шару, що зрізається при чистовій обробці витримують на мінімальних значеннях, як і подачу столу. Швидкість обертання фрези завжди висока, щоб досягти мінімальної перерви при зміні зубів у зоні різання.
• Фінішне доведення - особливий режим, що передбачає вибірку напуску на розрахунковий розмір, щоб забезпечити вимоги щодо точності габаритів та якості обробки поверхні. При доведенні звертають увагу на мікрони, тому глибина та ширина різу тут зводяться до мінімально можливих значень, а обороти шпинделя виставляють на максимум. На тлі високих оборотів фрези швидкість подачі стола при доведенні знижується до мінімальних значень.

Будь-який режим різання розраховується за загальною для всіх видів фрезерування формулою. У розрахунках використовують граничні (екстремальні) показники, характерні для кожного виду обробки, але формула залишається однаковою і для обдирання, і для фінішного доведення. Тому далі по тексту ми розглянемо основні формули розрахунку швидкості, подачі та інших режимів.

Основні параметри режимів фрезерування

Вид обробки на фрезерному верстаті, а також якість та точність обробленої поверхні визначаються такими параметрами режимів різання:

• Швидкістю різання - вимірюється за метри за хвилину;
• Подачею на зуб – позначається у міліметрах на зуб;
• Глибиною проходу задається в міліметрах;

Крім трьох базових величин у технологічній карті можна побачити ще й загальний час, відведений на фрезерування, причому цей параметр пов'язаний з усіма іншими режимами і визначається за хвилини. Для обчислення будь-якого параметра, включаючи час обробки, прийнято використовувати стандартні формули, які можна побачити нижче за текстом.

Розрахунок швидкості різання при фрезеруванні

Швидкість - це величина, що вказує, за який час інструмент пройде всю намічену траєкторію. Причому траєкторія визначається крайніми точками інструменту, максимально віддаленими від осі обертання. У довіднику для технологів-машинобудівників прийнято таку формулу швидкості різання:

У цій формулі: V — швидкість, 1000 — постійний коефіцієнт, а блок (π*D*n) — це еквівалент шляху, який проходить інструмент. Причому D – це зовнішній діаметр фрези, а n – частота обертання інструменту та шпинделя верстата.

Практики знають, що в більшості випадків нас цікавить не абстрактна швидкість різання.Фрезерувальнику потрібні обороти шпинделя верстата, які залежать від діаметра фрези та граничної швидкості обробки таблиці з довідника. Для того, щоб знайти оптимальне число оборотів використовують таку формулу:

Саме частоту обертання (обороти) виставляють у налаштуваннях верстата, вибираючи фрезу з фіксованим діаметром під заданий вид фрезерування - обдирання, чистову обробку, доведення.

Подання на зуб

Якість обробки деталі залежить від кроку усунення зони різання при повороті фрези на один зуб. Сегментний характер різальної кромки фрези вимагає синхронізувати подачу столу та обертання інструменту. Для визначення подачі на зуб використовують таку формулу:

У цій формулі f - це потрібна величина, Vf - швидкість подачі фрезерного столу, n - частота обертання шпинделя з фрезою, а Z - число зубів. Насправді більше цікавляться швидкістю столу Vf, що можна встановити, перемикаючи важелі подачі. Формула розрахунку Vf = f * n * Z. Причому подачу на зуб f можна взяти в таблиці (на кшталт оброблюваної сталі, чавуну або кольорового металу).

Глибина різання

Від цього параметра залежить якість обробки, причому на дані показник впливає об'єм шару, що знімається, тому крім глибини нас цікавить ще й ширина різання. Обсяг можна розрахувати за такою формулою:

У цій формулі Q - потрібна величина, ap і ae - глибина і ширина фрезерування, Vf - швидкість подачі фрезерного столу. Визначивши швидкість подачі марки сталі або чавуну, а також вимірявши ширину фрези, ви отримаєте потрібне значення глибини шару, що знімається за один прохід.

Час фрезерування

Для визначення цього параметра використовують просту формулу:

І тут V — це швидкість різання, а D — це діаметр фрези. Решта — постійні коефіцієнти.

Загальні рекомендації щодо розрахунку режимів фрезерування

Режими різання використовують не тільки при налаштуванні верстатів з ЧПУ або при складанні технологічних карток для механічних агрегатів з живим оператором. Вони важливі і при покупці фрези, адже ріжучий інструмент — обов'язковий учасник процесу обробки, тому від його розмірів, міцності, зносостійкості залежать граничні значення швидкості, подачі, а також глибини металу, що зрізається.

Виробники фрез завжди наводять рекомендовані значення основних режимів обробки специфікації до товару. Наскільки ці показники відповідають дійсності, — велике питання. Адже крім порядності виробника на режим впливають важко прогнозовані параметри - особливість оброблюваного матеріалу, якість приводу столу та шпинделя, конфігурація інструменту тощо. Тому в оцінці екстремальних значень швидкості, подачі, глибини ми рекомендуємо занижувати заводські показники на 10-15%.

Але навіть занижені показники не варто брати на віру. Навіть у тому випадку, якщо виробник запевняє вас, що вже врахував експлуатаційні характеристики вашого ЧПУ верстата або механічного агрегату. Ми рекомендуємо звірити заявлені показники з табличними величинами, які враховують тип матеріалу, що обробляється, а також використовувати поправочні коефіцієнти на початкову якість поверхні заготівлі та інші моменти і таким чином знаходити оптимальні параметри.

Останній етап вибору режимів - розрахунок всіх параметрів різання за формулами, які ми навели вище за текстом. Порівняйте отримані дані із заявленими виробником характеристиками та табличними величинами.Тільки так ви зможете зробити висновки про доцільність застосування і режимів, і різального інструменту.

Основні поняття та визначення токарної обробки. Припуск, клин, подача, глибина різання, зріз, частини різця, кути токарного різця

Поняття про припуск на обробку. Деталі машин, що обробляються на металорізальних верстатах, виготовляються з виливків, поковок, шматків прокатаного металу та інших заготовок. Деталь отримує необхідну форму та розміри після того, як із заготівлі будуть зрізані всі надлишки матеріалу або, як кажуть припуски, що виявилися під час її виготовлення.

Припуском (загальним) називається шар металу, який необхідно видалити із заготівлі для отримання деталі в остаточно відпрацьованому вигляді.

Деякі деталі обробляються послідовно на кількох верстатах, кожному з яких знімається лише частина загального припуску. Так, наприклад, деталі, діаметральні розміри яких повинні бути дуже точними, а поверхні мати дуже малу шорсткість, попередньо обробляють на токарних, а остаточно на шліфувальних верстатах.

Шар металу, що знімається на токарному верстаті, називається припуском на токарну обробку. При обробці циліндричних деталей розрізняють - припуск набік та припуск на діаметр. Припуск на діаметр дорівнює подвоєної величини припуску набік. Він може визначатися як різниця діаметрів в тому самому перерізі до і після обробки.

Частина металу, знята (зрізана) із заготівлі в процесі її обробки, називається стружкою.

Клин як основа будь-якого інструмента. Ріжучі інструменти, що застосовуються для обробки деталей на верстатах, зокрема токарних, дуже різноманітні, але сутність роботи їх однакова.Кожен із цих інструментів є клином, пристрій і робота якого загальновідомі.

Ніж за допомогою якого ми заточуємо олівець, у поперечному перерізі має форму клину. Столярна стамеска також є клин з гострим кутом між його бічними сторонами.

Найбільш уживаний інструмент при обробці деталі на токарному верстаті – це різець. Перетин робочої частини різця має форму клина.

Мал. №1 Клин як основа будь-якого різального інструменту

Рухи різання при точенні. На рис.2 схематично показано обточування деталі 1 різцем 2. Деталь при цьому обертається за стрілкою , а різець переміщається по стрілці s і знімає з деталі стружку. Перший з цих рухів є головним. Воно характеризується швидкістю різання. Другий рух - рух подачі.

Мал. №2 Рухи та елементи різання при точенні

Швидкість різання. Кожна точка оброблюваної поверхні деталі (рис.2), наприклад точка А, проходить в одиницю часу, наприклад в одну хвилину, деякий шлях. Довжина цього шляху може бути більшою або меншою залежно від числа оборотів за хвилину деталі і від її діаметра і визначає швидкість різання.

Швидкість різання називається довжина шляху, який проходить в одну хвилину точка оброблюваної поверхні деталі щодо різальної кромки різця. Швидкість різання вимірюється за метри на хвилину і позначається буквою υ . Для стислості замість слів "метрів за хвилину" прийняти писати м/хв.

Швидкість різання при точенні знаходиться за формулою

де υ – шукана швидкість різання в м/хв; π - відношення довжини кола до її діаметра, що дорівнює 3,14; D - діаметр оброблюваної поверхні деталі мм.; n - число оборотів деталі за хвилину.Добуток πDn у формулі повинен бути розділений на 1000, щоб знайдена швидкість різання була виражена в метрах. Формула ця читається так: швидкість різання дорівнює добутку довжини кола оброблюваної деталі на число оборотів її за хвилину, розділеному на1000.
Подання. Переміщення різця при різанні в залежності від умов роботи може відбуватися швидше або повільніше і характеризується, як зазначено вище, подачею.
Подачею називається величина переміщення різця за один оборот оброблюваної деталі. Подача вимірюється в міліметрах на один оберт деталі і позначається буквою s (мм/об).
Подача називається поздовжній, якщо переміщення різця відбувається паралельно осі оброблюваної деталі, та поперечноїколи різець переміщається перпендикулярно до цієї осі.
Глибина різання. При переміщенні різець знімає із деталі шар матеріалу, товщина якого характеризується глибиною різання.
Глибиною різання називається товщина шару матеріалу, що знімається, виміряна по перпендикуляру до обробленої поверхні деталі. Глибина різання вимірюється з міліметрами і позначається буквою t. Глибиною різання при зовнішньому обточуванні є половина різниці діаметрів оброблюваної деталі до і після проходу різця. Таким чином, якщо діаметр деталі до обточування був 100мм., а після одного проходу різця дорівнював 90мм., то це означає, що глибина різання була 5мм.
Зріз, його товщина, ширина та площа. Внаслідок залишкової деформації стружки, що відбувається в процесі її утворення, ширена і особливо товщина її виходять більше за розміри b і a на рис. 2. Довжина стружки виявляється меншою за відповідний розмір оброблюваної ділянки поверхні деталі. Тому площа ƒ, заштрихована на рис.2 і звана зрізом, що не відображає поперечного перерізу стружки, що знімається в цьому випадку.
Зрізом називається поперечний переріз шару металу, що знімається при даній глибині різання та подачі. Розміри зрізу характеризуються його товщиною та шириною.
Товщиною зрізу називається відстань між крайніми точками працюючої частини різальної кромки різця. Ширина зрізу вимірюється в міліметрах (мм) та позначається буквою b . Чотирьохкутник, заштрихований на рис. 2, зображує площу зрізу.
Площа зрізу дорівнює добутку подачі на глибину різання. Площа зрізу вимірюється в мм ² , позначається буквою ƒ і визначається за формулою ƒ = s t де ƒ - глибина різання в мм.
Поверхні та площини в процесі різання. На оброблюваної деталі при знятті з неї стружки розрізають різцем поверхні: оброблювану, оброблену і поверхню різання (рис. 3).

Мал. 3. Поверхня та площина в процесі різання

оброблюваної поверхнею називається та поверхня, з якої знімається стружка.
Обробленою поверхнею називається поверхня деталі, отримана після зняття стружки.

Поверхня різання називається поверхня, що утворюється на оброблюваної деталі безпосередньо ріжучою кромкою різця.

Для визначення кутів різця встановлено поняття: площину різання та основна площина.

Площина різання називається площина, що стосується поверхні різання і проходить через ріжучу кромку різця.

Основною поверхнею називається площина, паралельна поздовжній та поперечній подачам. Вона збігається з опорною поверхнею різця.

Частини різця та елементи його головки. Різець (рис. 4) складається з голівки, тобто. робочої частини і тіла, що служить для закріплення різця.

Мал. 4. Частини різця та елементи його головки.

Поверхням та іншим елементам головки різця надано такі назви.
Передньої поверхнею різця називається та поверхня, якою сходить стружка.
Задніми поверхнями різця називаються поверхні, звернені до оброблюваної деталі, причому одна з них називається головною, а інша допоміжною.
Ріжучими краями різця називаються лінії, утворені перетином передньої та задніх поверхонь його. Ріжуча кромка, що виконує основну роботу різання, називається головною. Інша ріжуча кромка різця називається допоміжною.
З рис. 4 видно, що головною задньою поверхнею різця є поверхня, що примикає до його головної ріжучої кромки, а допоміжної - примикає до допоміжної ріжучої кромки.
Вершиною різця називається місце поєднання головною та допоміжною кромкою. Вершина різця може бути гострою, плоскозрізаною або закругленою.
Кути різця. Головними кутами різця є головний задній кут, передній кут, кут загострення та кут різання. Ці кути вимірюються в головній січній площині (рис. 5).
Головна січна площина є площина, перпендикулярна до головної ріжучої кромки та основної площини.
Головним заднім кутом називається кут між головною задньою поверхнею різця та площиною різання. Цей кут позначається грецькою літерою (альфа). Кут загострення називається кут між передньою та головною задньою поверхнями різця. Цей кут позначиться грецькою літерою (бета).
Переднім кутом називається кут між передньою поверхнею різця та площиною, проведеною через головну ріжучу кромку перпендикулярно до площини різання. Цей кут позначається буквою (гама).
Кут різання називається між передньою поверхнею різця та площиною різання.Цей кут позначається грецькою літерою δ(дельта)>

Мал. 5. Кути токарного різця.

Крім перерахованих, розрізняють такі кути різця: допоміжний задній кут, головний кут у плані, допоміжний кут у плані, кут при вершині різця та кут нахилу головної ріжучої кромки.
Допоміжним заднім кутом називається кут між допоміжною задньою поверхнею та площиною, що проходить через допоміжну ріжучу кромку перпендикулярно до основної площини. Цей кут вимірюється у допоміжній січній площині, перпендикулярній до допоміжній ріжучій кромці, і основний площині позначається α .
Головним кутом у плані називається кут між головною ріжучою кромкою та напрямом подачі. Цей кут позначається літерою φ (фі).
Допоміжним кутом у плані називається кут між допоміжною ріжучою кромкою та напрямом подачі. Цей кут позначається ?
Кутом при вершині називається кут, утворений перетином головної та допоміжної ріжучих кромок. Цей кут позначається грецькою буквою ε (іпсілон).
Спрощене зображення кутів різця, прийняте практично, зазначено на рис. 6 а і б (лінія АА - площина різання). На рис. 6, показані кути різця в плані.
Головна ріжуча кромка різця може становити різні кути нахилу з лінією, проведеної через вершину різця паралельно до основної площини (рис. 7).

Мал. 6. Спрощене зображення кутів токарного різця.

Кут нахилу вимірюється в площині, що проходить через головну ріжучу кромку перпендикулярно до основної площини, і позначається грецькою літерою (лямбда). Кут цей вважається позитивним (рис. 7 а), коли вершина різця є найнижчою точкою ріжучої кромки; рівним нулю (рис.7 б) - при головній ріжучій кромці, паралельній основній площині, і негативним (рис. 7, в) - коли вершина різця є найвищою точкою ріжучої кромки.

Рис. 7. Кути нахилу головної ріжучої кромки: позитивний (а), рівний нулю (б) та негативний (в)

Значення кутів різця та загальні міркування при їх виборі.
Чим більший передній кут різця, тим легше відбувається зняття стружки.
Передній кут різця може бути внаслідок цього порівняно великим при обробці м'яких матеріалів і, навпаки, повинен бути зменшений, якщо матеріал, що обробляється, твердий.
З рис. 6, а ясно, що зі зменшенням переднього кута різання збільшується кут різання. .
Щоб визначити величину кута різання δ, коли відомий передній кут різця, достатньо, як це видно з рис. - 25 º = 65 º; якщо передній кут становить - 5 º, то кут різання дорівнюватиме 90 º - (-5 º ) = 95 º .
Задній кут різця необхідний для того, щоб між задньою поверхнею різця і поверхнею різання оброблюваної деталі не було тертя.При занадто малому задньому куті це тертя виходить настільки значним, що різець сильно нагрівається і стає непридатним для подальшої роботи. При надто великому задньому куті кут загострення виявляється настільки малим, що різець стає неміцним.
Величина кута загострення β визначається сама собою після того, як вибрано задній та передній кути різця. Справді, із рис. 6, а очевидно, що для визначення кута загострення даного різця достатньо відняти з 90 º суму заднього та переднього його кутів. Так, наприклад, якщо різець має задній кут рівним 8 º, а передній 25 º, то кут загострення його дорівнює 90 º - (8 º +25 º) = 90 º -33 º =57 º. Це слід пам'ятати, оскільки їм іноді доводиться користуватися при вимірі кутів різця.
Значення головного кута у плані φ випливає зі зіставлення рис. 8, а і б, на яких схематично показані умови роботи різців при однакових подачах s і глибині різання t але при різних значеннях головного кута в плані.

Мал. 8. Вплив головного кута у плані на процес різання.

При головному вугіллі в плані, що дорівнює 60 º , сила P , що виникає в процесі різання, викликає менший прогин оброблюваної деталі, ніж аналогічна сила Q при куті в плані 30 º . Тому різець з кутом φ=60 º більш придатний для обробки нежорстких деталей (щодо невеликого діаметра при великій довжині) порівняно з різцем, що має кут φ=30 º. З іншого боку, при вугіллі φ=30 º довжина l² різальної кромки різця, що безпосередньо бере участь у його роботі, більше відповідної довжини l¹ при φ = 60 º. Тому різець, зображений на рис. 8, б краще поглинає теплоту, що виникає при утворенні стружки і довше працює від одного заточування до іншої.
Значення пішла нахилу λ полягає в тому, що вибираючи позитивне або негативне значення його, ми можемо спрямовувати стружку, що відходить, в той чи інший бік, що в деяких випадках буває дуже корисно. Якщо кут нахилу головної різальної кромки різця позитивний, то стружка, що завивається, відходить вправо (рис. 9, а); при куті нахилу, що дорівнює нулю, стружка відходить у напрямку, перпендикулярному головній ріжучій кромці (рис. 9, б); при негативному куті нахилу стружка відходить ліворуч (рис. 9, в).

Мал. 9. Напрямок сходу стружки при позитивному (а), рівному нулю (б) та негативному (в) куті нахилу головної ріжучої кромки.

Інші статті на тему: