Формулы расчетов режимов резания

Формулы расчетов режимов резания

• Главная
• Статьи
• Работа со станком, инструментами, приспособлениями
• Расчет режимов резания (фрезеровки)

Расчет режимов резания (фрезеровки)

Основными параметрами задающими режимы резания являются:

-Частота вращения вала шпинделя (n)
-Скорость подачи (S)
-Глубина фрезерования за один проход

Требуемая частота вращения зависит от:

-Типа и характеристик используемого шпинделя
-Режущего инструмента
-Обрабатываемого материала

Частота вращения шпинделя вычисляется по следующей формуле:

D – Диаметр режущей части рабочего инструмента, мм
π – число Пи, 3.14
V – скорость резания (м/мин) — путь пройденный точкой (краем) режущей кромки фрезы в минуту.

Скорость резания (V) берется из справочных таблиц (См ниже).

Обращаем ваше внимание на то, что скорость подачи (S) и скорость резания (V) это не одно и то же.

При расчетах, для фрез малого диаметра значение частоты вращения шпинделя может получиться больше, чем количество оборотов, которое в состоянии обеспечить шпиндель. В данном случае за основу дальнейших расчетов величины (n) берется фактическая максимальная частота вращения шпинделя.

Скорость подачи (S) – скорость перемещения режущего инструмента (оси X/Y), вычисляется по формуле:

fz — подача на один зуб фрезы (мм)
z — количество зубьев фрезы
n — частота вращения шпинделя (об/мин)
Подача на зуб берется из справочных таблиц по обработке тех или иных материалов.

Таблица для расчета режимов резания:

После теоретических расчетов по формулам требуется подкорректировать значение скорости подачи. Необходимо учитывать жесткость станка. Для станков с высокой жесткостью и качеством механики значения скорости подачи выбираются ближе к максимальным расчетным. Для станков с низкой жесткостью следует выбрать меньшие значения скорости подачи.

Глубина фрезерования за один проход (ось Z) зависит от жесткости фрезы, длины режущей кромки и жесткости станка. Подбирается опытным путем, в ходе наблюдения за работой станка, постепенным увеличением глубины резания. Если при работе возникают посторонние вибрации, получаемый рез низкого качества – следует уменьшить глубину за проход и произвести коррекцию скорости подачи.

Скорость врезания по высоте (ось Z) следует выбирать примерно 1/3 – 1/5 от скорости подачи (S).

Краткие рекомендации по выбору фрез:

При выборе фрез нужно учитывать следующие их характеристики:
-Диаметр и рабочая длина. Геометрия фрезы.
-Угол заточки
-Количество режущих кромок
-Материал и качество изготовления фрезы.
Лучше всего отдавать предпочтение фрезам имеющих максимальный диаметр и минимальную длину для выполнении конкретного вида работ.

Короткая фреза большого диаметра обладает повышенной жесткостью, создает значительно меньше вибраций при интенсивной работе, позволяет добиться лучшего качества съема материала. Выбирая фрезу большого диаметра следует учитывать механические характеристики станка и мощность шпинделя, чтобы иметь возможность получить максимальную производительность при обработке.

Для обработки мягких материалов лучше использовать фрезы с острым углом заточки режущей кромки, для твердых – более тупой угол в диапазоне до 70-90 градусов.

Пластики и мягкие материалы лучше всего обрабатывать однозаходными фрезами. Древесину и фанеру – двухзаходными. Черные металлы – 3х/4х заходными.
Материал и качество фрезы определяют срок службы, качество реза и режимы. С фрезами низкого качества сложно добиться расчетных значений скорости подачи на практике.

Примерные режимы резания используемые на практике.

Данная таблица имеет ознакомительный характер. Более точные режимы обработки определяются исходя из качества фрез, вида станка, и др. Подбираются опытным путем.

Полезные ссылки:

Новинки:

Планшетные плоттеры (флюгерный, биговочный, осциллирующий, тангенциальный нож)

Режимы резания при токарной обработке и точении: таблицы формул, расчет подачи и скорость

Подготовимся к проведению одной из наиболее распространенных операций. Рассмотрим расчет подачи и режимов резания при токарной обработке. Его важность сложно переоценить, ведь если он проведен правильно, то помогает сделать техпроцесс эффективным, снизить себестоимость производства, повысить качество поверхностей деталей. Когда он выбран оптимально, это самым положительным образом влияет на продолжительность работы и целостность инструментов, что особенно важно в перспективе длительной эксплуатации станков с поддержанием их динамических и кинематических характеристик. И наоборот, если его неверно выбрать и взять не те исходные показатели, ни о каком высоком уровне исполнения продукции говорить не придется, возможно, вы даже столкнетесь с браком.

Режимы резания: что это такое

Это целый комплекс характеристик, задающих условия проведения токарной операции. Согласно технологическим маршрутам, обработка любого элемента (особенно сложного по форме) проводится в несколько переходов, для каждого из которых требуются свои чертежи, размеры и допуски, оборудование и оснастка. Вычислив и/или подобрав все эти параметры один раз для первой заготовки, в дальнейшем вы сможете подставлять их по умолчанию – при выпуске второй, пятой, сотой детали – и таким образом минимизируете время на подготовку станка и упростите контроль качества, то есть оптимизируете процесс производства.

В число основных показателей входит глубина, скорость, подача, в список дополнительных – масса объекта, припуски, частота, с которой вращается шпиндель, и в принципе любая характеристика, влияющая на результат обработки. И важно взять те из них, что обеспечат лучшую итоговую точность, шероховатость и экономическую целесообразность.

Есть несколько способов провести расчет режимов резания при точении:

• • аналитический;
• • программный;
• • табличный.

Первый достаточно точный и до появления мощной компьютерной техники считался самым удобным. По нему все вычисления осуществлялись на основании паспортных данных оборудования: мощность двигателя, частоту вращения шпинделя и другие показатели подставляли в уже проверенные эмпирические выражения и получали нужные характеристики.

С разработкой специализированного ПО задача калькуляции существенно упростилась – все операции выполняет машина, быстрее человека и с гораздо меньшей вероятностью совершения ошибок.

Когда под рукой нет компьютера или формул, зато есть опыт, можно определить подходящие критерии на основании нормативных и справочных данных из таблиц. Но для этого необходимо учитывать все изменения значений, даже малейшие, что не всегда удобно в условиях производства.

Особенности определения режимов резания при точении

В первую очередь нужно выбрать глубину обработки, после нее – подачу и скорость. Важно соблюсти именно такую последовательность – в порядке увеличения степени воздействия на инструмент. Сначала вычисляются те характеристики, которые могут лишь минимально изменить износ резца, в конце те, что влияют на ресурс по максимуму.

Параметры следует определять для предельных возможностей оборудования, в обязательном порядке учитывая размеры, металл исполнения, конструкцию инструмента.

Важным пунктом является нахождение подходящей шероховатости. Плюс, правильнее всего взять лезвие под конкретный материал, ведь у того же чугуна одна прочность и твердость, а у алюминия – совсем другая. Не забывайте также, что в процессе происходит нагрев детали и возрастает риск ее деформации.

Выбор режима резания при точении на токарном станке продолжается установлением типа обработки. Какой она будет, черновой или чистовой? Первая грубая, для нее подойдут инструменты, выполненные из твердых сталей и способные выдержать высокую интенсивность техпроцесса. Вторая тонкая, осуществляется на малых оборотах, со снятием минимального слоя металла.

Глубина определяется количеством проходов, за которые убирается припуск. Подача представляет собой расстояние, преодолеваемое кромкой за вращение заготовки, и может быть одного из трех типов:

• • минутная;
• • на зуб;
• • на оборот.

Скорость в значительной степени зависит от того, какая именно операция выполняется, например, при торцевании она должна быть высокой.

Характеристики режимов резания

Прежде чем подробно рассмотреть все основные параметры, скажем еще несколько слов о методах вычислений. Точнее, о том, как от графики перешли к аналитике и компьютеризации.

По мере совершенствования производства даже самые подробные таблицы оказывались все менее удобными: столбцы, колонки, соотношения – на изучение этого и поиск нужного значения уходило огромное количество времени. И это при том, что основные показатели связаны между собой, и уменьшение/увеличение одного из них провоцировало менять остальные.

Установив столь очевидную зависимость, инженеры стали пользоваться аналитическим способом, то есть продумали эмпирические формулы, и начали подставлять в них частоту вращения шпинделя, мощность силового агрегата и подачу и находить нужные характеристики. Ну а развитие компьютеров и появление вычислительного ПО серьезно упростило задачу и защитило итоговые результаты от ошибок человеческого фактора.

Схема расчетов режима резания на токарном станке

Порядок действий следующий:

1. • Выбираете, каким инструментом будете пользоваться в данной ситуации; для хрупких материалов подойдет лезвие со сравнительно небольшими показателями прочности, но для твердых – с максимальными.
2. • Определяете толщину снимаемого слоя и число проходов, исходя из актуального метода обработки. Здесь важно обеспечить оптимальную точность, чтобы изготовить изделие с минимальными погрешностями геометрических габаритов и поверхностей.

Теперь переходим к рассмотрению конкретных характеристик, играющих важную роль, и к способам их практического нахождения или изменения.

Глубина резания при токарной обработке на станке

Ключевой показатель для обеспечения качества исполнения детали, показывающий, сколько материала нужно убрать за один проход. Общее количество последних вычисляется с учетом следующего соотношения припусков:

• • 60% – черновая;
• • от 20 до 30% – смешанная;
• • от 10 до 20% – чистовая.

Также свою роль играет то, какая форма у заготовки и что за операция выполняется. Например, при торцевании рассматриваемый параметр приравнивается к двойному радиусу предмета, а для цилиндрических деталей он находится так:

• D и d – диаметры, начальный и итоговый соответственно;
• k – глубина снятия.

Если же изделие плоское, используются обычные линейные значения длины – 2, 1-2 и до 1 мм соответственно. Здесь же есть зависимость от поддерживаемого класса точности: чем он меньше, тем больше нужно совершить подходов для получения результата.

Как определить подачу при точении

Фактически она представляет собой то расстояние, на которое резец передвигается за один оборот, совершаемый заготовкой. Наиболее высока она при черновой обработке, наименее – при чистовой, когда действовать следует аккуратно, и в дело также вступает квалитет шероховатости. В общем случае ее делают максимально возможной (для операции) с учетом ограничивающих факторов, в числе которых:

• • мощность станка;
• • жесткость системы;
• • стойкость и ресурс лезвия.

При фрезеровании отдают предпочтение варианту «на зуб», при зачистке отверстий – рекомендованному для текущего инструмента, в учебных целях – самую распространенную, то есть 0,05-0,5 об/мин.

Формула расчета подачи при точении, связывающая между собой все ее виды, выглядит так:

Практическая работа №2 «Расчет составляющих силы резания и мощности при точении по формулам»

Для изучения действия силы сопротивления резанию принято ее раскладывать на три взаимно перпендикулярные составляющие силы, направленные по осям координат станка: Px — осевая сила; Py — радиальная сила; Pz — тангенциальная сила, которую обычно называют силой резания [1] .

Осевая сила Px действует вдоль заготовки, при продольном точении противодействует механизму подач.

Радиальная сила Py — отжимает резец, ее реакция изгибает заготовку.

Сила резания Pzнаправлена по касательной к поверхности резания, определяет расходуемую мощность на резание Np.

Составляющие силы резания при точении рассчитывают по аналитической формуле :

Pz(x,y)=10CptxSyVnKp (H), где Cp- коэффициент , учитывающий условия обработки;

x,y,n — показатели степени;

t — глубина резания, мм;

V — скорость резания, м/мин;

Кр — обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий изменение условий по отношению к табличным.

где — поправочный коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала;

— коэффициенты, учитывающие соответствующие геометрические параметры резца .

Мощность резания рассчитывают по формуле

где Pz — сила резания, Н; V — скорость резания, м/мин.

Выбор оптимального режима резания

Под оптимальным режимом резания принято понимать такой режим, который обеспечивает наибольшую производительность (наименьшее машинное время). Выбор режимов резания производится в определенной последовательности. Сначала выбирается режущий инструмент, ватем уже по характеристике заготовки и фрезы — режим фрезерования.

Выбор рациональной конструкции и геометрии фрез. Последовательность выбора фрез

определяется следующим: выбор материала инструмента (фрезы). Фрезы малых размеров, фасонные и угловые фрезы изготовляются преимущественно из быстрорежущих сталей. Поэтому выбор материала инструмента при работе такими фрезами, а также в тех случаях, когда невозможно обеспечить достаточную скорость резания, предопределен. Это, как правило, быстрорежущая сталь марок Р18 и Р12.

Выбор параметров режима резания. Последовательность выбора параметров режима резания определяется следующим.

1. Выбор глубины резания. Во всех случаях, когда это возможно, следует работать в одни рабочий ход (i = 1). При повышенных требованиях к точности и шероховатости поверхности иногда приходится прибегать к двум рабочим ходам (первый — черновой, второй — чистовой).

2. Выбор подачи. Выбор подачи при чистовом рабочем ходе (шероховатость поверхности Rz 20 и менее) производится в зависимости от заданных параметров шероховатости поверхности.

В справочниках по выбору параметров режима резания, а также в других справочниках производственного назначения приводятся данные для выбора подачи на зуб sz для различных условий фрезерования.

3. Выбор скорости резания, числа оборотов фрезы и подачи в минуту. После того как выбраны диаметр фрезы D, число ее зубьев z, а также t и sz, приступают к выбору υ, n и sм по таблицам для выбора параметров режима резания при обработке различных материалов (см. в справочниках по выбору параметров режима резания). В этих таблицах в зависимости от D, t, z и sz приведены рекомендуемые значения υ, n и sм. Для измененных условий работы определенные по таблицам значения умножаются на поправочные коэффициенты, приведенные в конце этих таблиц

Рассчитывается скорость резания по наибольшему диаметру зубьев фрезы Скорость резания может выбираться и по общемашиностроительным нормативам.

Окружная сила резания при фрезеровании

4. Корректировка значения sм по паспортным данным станка. Современные фрезерные станки снабжены приводами, как правило, не располагающими бесступенчатым регулированием минутной подачи sм (кроме станков с ЧПУ) и чисел оборотов фрезы п. Поэтому определенные на предыдущем этапе sм и n должны быть сверены с паспортом станка. При отсутствии в паспорте значений, соответствующих определенным по таблице, в качестве фактических принимаются ближайшие меньшие значения по паспорту.

5. Проверка выбранного режима резания по мощности. Выбранный по нормативным таблицам и скорректированный по паспортным данным станка режим резания проверяется по мощности электродвигателя.

Мощность резания при фрезеровании фрезами всех типов

Должно быть обеспечено условие по формуле Nрез≤Nэ.д.η. Значение КПД η берется на паспорта станка, либо в последнем указано значение эффективной мощности на шпинделе Nэ.дη, соответствующее принятому на предыдущем этапе расчета режима резания значению фактического числа оборотов шпинделя

Если выбранный режим резания не отвечает этому условию, необходимо установленное значение минутной подачи sм понизить до значении, допускаемого мощностью станка, и соответственно снизить число оборотов.

6. Определение основного времени. Для оценки эффективности выбранного режима резания производится расчет основного времени.

При определении ряда параметров режима резания надлежит учитывать жесткость технологической системы (СПИД), которая оказывает влияние на стойкость режущего инструмента. При снижении жесткости требуется соответствующее снижение нормативной подачи и скорости резания. Такое изменение определяется путём умножения на поправочные коэффициенты.