Расчёт режимов фрезерования на ЧПУ станках: формула подачи на зуб

Режимы резания определяют эффективность и качество обработки деталей на фрезерном станке. Ошибки при расчете режимов приводят к снижению точности обработки и качества фрезерованной поверхности. Причем испортить деталь может и станок с ЧПУ, и механический агрегат, которым управляет живой фрезеровщик. Поэтому далее по тексту мы расскажем, как производится расчет режимов резания при фрезеровании - рассчитывается частота вращения шпинделя с фрезой, скорость подачи стола с заготовкой, толщина слоя металла, который снимают за один проход. Эта информация поможет вам самостоятельно рассчитать режимы резания при фрезеровке деталей из любого материала.

Что такое фрезерование

Когда режущий инструмент вращается, а заготовка совершает перемещения в вертикальной или горизонтальной плоскости, вы имеете дело с фрезерованием. Зубчатый режущий инструмент — фрезу, вставляют в патрон, а заготовку закрепляют на столе станка. Патрон можно закрепить на вертикальном или горизонтальном шпинделе, а позиционирование детали относительно плоскости стола меняется с помощью специальной оснастки.

Фрезерный станок позволяет обрабатывать плоскости, которые контактируют с торцевой или боковой (периферийной) стороной фрезы. Режущий инструмент оказывает прерывистое действие, поскольку зубцы фрезы контактируют с заготовкой относительно короткое время. Скорость резания в этом случае зависит от частоты вращения шпинделя станка и диаметра фрезы. Скорость подачи заготовки в зону резания зависит от частоты вращения и скорости возвратно-поступательного движения стола.

Эти особенности затрудняют расчет режимов резания, поскольку кроме оборотов шпинделя и перемещения стола фрезеровщик должен контролировать глубину срезаемого слоя металла за один оборот фрезы, а также смещение заготовки относительно режущего инструмента при смене зубьев.

Виды режимов фрезерования

Обработка материалов резанием с помощью фрезы и фрезерного станка предполагает три базовых режима фрезеровки:

• Грубое (обдирочное) фрезерование — этот режим предполагает снятие с поверхности заготовки толстого слоя металла за один проход, а также минимальные требования к качеству обработанной поверхности. Глубина и ширина срезаемого слоя в этом случае определяются прочностью фрезы, а скорость инструмента сознательно замедляется. Однако подача стола в этом случае всегда доходит до максимальных значений. Обдирку используют в том случае, когда деталь нужно фрезеровать максимально быстро.

• Чистовое фрезерование — при таком режиме заготовка превращается в деталь с расчетными размерами и небольшим напуском на последний этап обработки. Глубину и ширину срезаемого слоя при чистовой обработке выдерживают на минимальных значениях, как и подачу стола. Скорость вращения фрезы всегда высокая, чтобы добиться минимального перерыва при смене зубьев в зоне резания.

• Финишную доводку — особый режим, предполагающий выборку напуска на расчетный размер, чтобы обеспечить требования по точности габаритов и качеству обработки поверхности. При доводке обращают внимание на микроны, поэтому глубина и ширина реза здесь сводятся к минимально возможным значениям, а обороты шпинделя выставляют на максимум. На фоне высоких оборотов фрезы скорость подачи стола при доводке снижается до минимальных значений.

Любой режим резания рассчитывается по общей для всех видов фрезеровки формуле. В расчетах используют граничные (экстремальные) показатели, характерные для каждого вида обработки, но формула остается одинаковой и для обдирки, и для финишной доводки. Поэтому далее по тексту мы рассмотрим основные формулы расчета скорости, подачи, а также прочих режимов.

Основные параметры режимов фрезерования

Вид обработки на фрезерном станке, а также качество и точность обработанной поверхности определяются следующими параметрами режимов резания:

• Скоростью резания — измеряется в метрах в минуту;
• Подачей на зуб — обозначается в миллиметрах на зуб;
• Глубиной прохода — задается в миллиметрах;

Кроме трех базовых величин в технологической карте можно увидеть еще и общее время, отведенное на фрезерование, причем этот параметр связан со всеми остальными режимами и определяется в минутах. Для вычисления любого параметра, включая время обработки, принято использовать стандартные формулы, которые вы можете увидеть ниже по тексту.

Расчет скорости резания при фрезеровании

Скорость — это величина, указывающая, за какое время инструмент пройдет всю намеченную траекторию. Причем траектория задается крайними точками инструмента, максимально удаленными от оси вращения. В справочнике для технологов-машиностроителей принята следующая формула скорости резания:

V = (π*D*n)/1000

В этой формуле: V — искомая скорость, 1000 — постоянный коэффициент, а блок (π*D*n) — это эквивалент пути, который проходит инструмент. Причем D — это внешний диаметр фрезы, а n — частота вращения инструмента и шпинделя станка.

Практики знают, что в большинстве случаев нас интересует не абстрактная скорость резания. Фрезеровщику нужны обороты шпинделя станка, которые зависят от диаметра фрезы и граничной скорости обработки по таблице из справочника. Для того чтобы найти оптимальное число оборотов используют следующую формулу:

n = (1000*V)/(π*D)

Именно частоту вращения (обороты) выставляют в настройках станка, выбирая фрезу с фиксированным диаметром под заданный вид фрезеровки — обдирку, чистовую обработку, доводку.

Подача на зуб

Качество обработки детали зависит от шага смещения зоны резания при повороте фрезы на один зуб. Сегментный характер режущей кромки фрезы требует синхронизировать подачу стола и вращение инструмента. Для определения подачи на зуб используют следующую формулу:

f = Vf/(n*Z)

В этой формуле f — это искомая величина, Vf — скорость подачи фрезерного стола, n — частота вращения шпинделя с фрезой, а Z — число зубьев. На практике больше интересуются скоростью стола Vf, которую можно установить, переключая рычаги подачи. Формула расчета Vf = f*n*Z. Причем подачу на зуб f можно взять в таблице (по типу обрабатываемой стали, чугуна или цветного металла).

Глубина резания

От этого параметра зависит качество обработки, причем на данные показатель влияет объем снимаемого слоя, поэтому кроме глубины нас интересует еще и ширина резания. Объем можно рассчитать по формуле:

Q = (ap*ae*Vf)/1000

В этой формуле Q — искомая величина, ap и ae — глубина и ширина фрезерования, Vf — скорость подачи фрезерного стола. Определив скорость подачи по марке стали или чугуна, а также измерив ширину фрезы, вы получите нужное значение глубины слоя, снимаемого за один проход.

Время фрезерования

Для определения этого параметра используют простую формулу:

T = (1000*V)/(π*D)

В этом случае V — это скорость резания, а D — это диаметр фрезы. Все остальное — постоянные коэффициенты.

Общие рекомендации по расчету режимов фрезерования

Режимы резания используют не только при настройке станков с ЧПУ или при составлении технологических карт для механических агрегатов с живым оператором. Они важны и при покупке фрезы, ведь режущий инструмент — обязательный участник процесса обработки, поэтому от его размеров, прочности, износостойкости, зависят предельные значения скорости, подачи, а также глубины срезаемого металла.

Производители фрез всегда приводят рекомендованные значения основных режимов обработки в спецификации к товару. Насколько эти показатели соответствуют действительности — большой вопрос. Ведь кроме порядочности производителя на режим влияют трудно прогнозируемые параметры — особенность обрабатываемого материала, качество привода стола и шпинделя, конфигурация инструмента и так далее. Поэтому при оценке экстремальных значений скорости, подачи, глубины мы рекомендуем занижать заводские показатели на 10-15%.

Но даже заниженные показатели не стоит принимать на веру. Даже в том случае, если производитель уверяет вас в том, что уже учел эксплуатационные характеристики вашего ЧПУ станка или механического агрегата. Мы рекомендуем сверить заявленные показатели с табличными величинами, которые учитывают тип обрабатываемого материала, а также использовать поправочные коэффициенты на изначальное качество поверхности заготовки и другие моменты и таким образом находить оптимальные параметры.

Последний этап выбора режимов — расчет всех параметров резания по формулам, которые мы привели выше по тексту. Сравните полученные данные с заявленными производителем характеристиками и табличными величинами. Только так вы сможете сделать выводы о целесообразности применения и режимов, и режущего инструмента.

Смотрите также:

Станки по металлу 852