Скорость резания: на что влияет, как рассчитывается

О чем речь? Скорость резания – один из параметров токарной и фрезерной обработки различных материалов. Также учитываются глубина реза и подача. Для разных станков, фрез, материалов скорость рассчитывается индивидуально. 

Как рассчитать? Для расчета применяются сложные формулы и специальные таблицы, учитываются десятки параметров. Правильность предварительных подсчетов влияет на качество будущей обработки заготовок. 

Подготовка к резанию при токарной обработке 

Чтобы качественно обработать металл, сначала нужно сделать следующее:

• Выбрать материал. Нужно определить состав и тип сырья, так как от этого зависит подбор режима обработки. Например, скорость резания стали будет отличаться от данного параметра обработки других металлов.
• Проверить состояние станка. Необходимо убедиться, что он исправен. Особенно это касается оборудования с ЧПУ. Любые неточности или дефекты могут ухудшить качество обработки.
• Выбрать и установить режущий инструмент. От того, насколько правильным будет выбор, зависит срок работы инструмента и четкость обработки материала.
• Рассчитать основные параметры. Ключевые параметры, такие как глубина резания, скорость подачи, главный угол в плане, зависят от материала заготовки, требуемого качества обработки и типа режущего инструмента.
• Определить режимы резания при обработке на токарном станке. Для этого используется программное обеспечение или таблицы. Также скорость резания на токарном станке и другие параметры можно рассчитать, используя специальный калькулятор режимов.
• Закрепить заготовку. Убедитесь, что она хорошо держится в патроне или между центрами станка. Необходимо исключить смещение заготовки при обработке и вибрации.
• Проверить безопасность. Убедитесь, что все защитные устройства стоят на своих местах, а в рабочей зоне отсутствуют посторонние предметы.
• Провести тестовый запуск. Перед началом основного процесса попробуйте запустить станок без подачи обрабатывающего инструмента, чтобы проверить правильность выбора режима.
• Отрегулировать параметры. После проведения тестового запуска и начальной обработки измените скорость резания материалов и другие параметры, если это необходимо.
• Начать работу. После внесения всех изменений вы можете спокойно приступать к работе, зная, что все параметры настроены верно.

Данный алгоритм поможет вам создать наилучшие условия, чтобы эффективно проводить токарную обработку на различном оборудовании.

Методы расчета скорости резания при токарной обработке

Правильно установить режим токарной обработки очень важно, так как правильно выбранные рабочие параметры позволяют максимально эффективно использовать оборудование:

• растет производительность;
• снижается себестоимость;
• достигается высокое качество обработки;
• замедляется износ режущего инструмента, он долго не ломается;
• сводится к минимуму вероятность брака.

Под рабочими параметрами понимают комплекс характеристик, которые задаются для конкретного оборудования в зависимости от технологического маршрута работы. При обработке сложных изделий рассчитываются индивидуальные параметры для каждого операционного этапа, учитывая размеры, допуски и технологические требования чертежей.

Для деталей одной партии определяется своя постоянная скорость резания, это делается однократно для первой детали. Так как качество металла в разных партиях может отличаться, то при переходе к другой партии заготовок может потребоваться корректировка параметров. Если же изменения не требуются, то в последующем параметры для обработки деталей подставляются автоматически, благодаря чему наладка станка происходит быстрее и достигается оптимизация процесса производства.

К основным параметрам резки относятся:

• рабочая подача (S) — измеряется в мм/об;
• глубина резания (t) — измеряется в мм;
• скорость резания (V) — измеряется в м/мин.

Дополнительные параметры — это масса и материал детали, частота вращения шпинделя, дополнительное и основное время обработки, припуски, материал режущей части инструмента, требуемая чистота обработки и другие показатели, влияющие на результат работы.

Токарные режимы, включая скорость резания при обработке изделия, рассчитывают тремя способами:

• Аналитический — на основании технических характеристик оборудования с использованием специальных формул.
• Программный — с применением программного обеспечения. Так определяют скорость резания на станках с ЧПУ. Для расчетов используются такие же формулы, но все операции проводит машина, благодаря чему вероятность ошибок сводится к нулю.
• Табличный — параметры резки подбираются с помощью справочных таблиц и собственного опыта. Все нюансы учесть в таком случае бывает непросто, поэтому метод, как правило, применяется в комплексе с аналитическим.

Формула расчета скорости резания резцов

Скорость резания определяется по формуле:

V=D3n1000

Где:

V — скорость резания, то есть то расстояние, которое проходит резец за определенный промежуток времени относительно обрабатываемой поверхности;

n — число оборотов изделия. Скорость резания прямо пропорциональна данному показателю.

При возвратно-поступательном процессе (например, при строгании) и отличающейся скорости холостого и рабочего ходов скорость резки определяется следующим образом:

V = Lm(K = 1)1000

В данной формуле:

L – длина хода резака;

m — число двойных ходов инструмента за минуту;

К — коэффициент соотношения скорости холостого и рабочего ходов.

С увеличением скорости резания возрастает производительность труда. Однако она существенно ограничивается износостойкостью кромки резака и определяется по формулам:

V=CTm

или

C = CvTmtxy•Syv

Где:

Т — стойкость, то есть способность кромки инструмента сохранять рабочее состояние;

Cv —коэффициент, характеризующий условия обработки детали, например, состояние ее поверхности, физические и механические характеристики материала, охлаждение поверхности заготовки при обработке и так далее;

xy и yv — степень глубины резки (t) и подачи (S), указанные в специальных справочниках.

Определить оптимальную для конкретных условий скорость резания металла можно, проведя экономический анализ, который позволит выбрать направление работы: либо повышение скорости обработки, либо увеличение стойкости режущей кромки оборудования. В таблице приведены расчетные данные зависимости стойкости резака (Т) от скорости (V):

Расчёт скорости резания при точении и растачивании

Скорость резания показывает, как быстро движется рассматриваемая точка режущей кромки либо детали в направлении основного движения процесса.

Формула расчета скорости резания (м/мин) при растачивании, а также продольном и поперечном точении выглядит так:

V = (C_v / (T^mv * t^xv * s^yv)) * k_v (1)

Где:

Cv; xv; yv; mv – коэффициент скорости резания и показатели степени, представленные в таблице для «стандартных» условий процесса;

Стандартные условия — это:

обработка стали 45, с sв = 750 МПа, без корки, режущим инструментом, выполненным из твёрдого сплава Т15К6 и так далее;

Т — время сохранения стойкости инструмента (мин);

t — глубина резания (мм);

S — скорость подачи (мм/об).

В реальных условиях обработка часто имеет значительные отличия, поэтому скорость резания для разных режимов резания определяется по-другому. Для расчета параметров, применимых к реальным условиям, используется поправочный коэффициент kv, который учитывает разность условий.

k_v = K_mv * K_Пv * K_Иv (2)

Где:

Kmv — коэффициент, показывающий, какое влияние оказывает обрабатываемый материал;

KПv — коэффициент, показывающий в каком состоянии находится поверхность заготовки;

KИv — коэффициент, показывающий, как влияет материал инструмента.

Скорость резания при прорезывании пазов, отрезании или фасонном точении рассчитывается по формуле:

V = (C_v / (T^mv * s^yv)) * k_v (3)

Найденная в соответствии с формулами (1) и (3) скорость резания является расчетной и имеет рекомендательный характер.

Расчетная скорость резания используется для нахождения необходимой частоты вращения (мин) шпинделя станка:

N = 100 * V / π * D (4)

Где:

D — диаметр обрабатываемой площади, мм.

В соответствии с данными, указанными в паспорте станка, подбирается n_ст, наиболее близкое к расчетному, меньшая (паспортная) величина частоты вращения шпинделя либо (в ходе лабораторных работ) ближайшее меньшее целое значение, и рассчитывается скорость резания (м/мин):

Vф = π * D * ɳ_ст (5)

Все последующие расчеты основаны на величине фактической скорости резания (Vф) и паспортных данных вращения шпинделя станка (n_ст).

Часто задаваемые вопросы о скорости резания

От чего зависит изменение скорости резания?

Чтобы выбрать скорость резания при обработке металла, нужно обратить внимание на:

• материал, свойства и конфигурацию режущего инструмента;
• вид оборудования — фрезерные, токарные станки и так далее;
• параметры заготовки, например, какое сопротивление к разрыву имеет материал;
• глубину резки;
• вид обработки — например, скорость резания при фрезеровании, будет отличаться от таковой при других работах;
• качество и жесткость крепления детали;
• мощность и характеристики оборудования;
• характер обработки металла.

На скорость резания оказывают влияние различные параметры: стойкость кромки, физические качества заготовки, объем и качество смазочно-охлаждающей жидкости, разрешенный износ резца.

Чем быстрее перемещается инструмент в процессе резки, тем быстрее снижается стойкость его резцов. Для резцовых инструментов оптимальной является скорость 25 – 55 м/мин. Если резцы оснащены специальными твердосплавными пластинами, то эту цифру можно увеличить до 75 – 145 м/мин. В таком случае их стойкость будет равна от 30 минут до 1 часа.

Как выбрать режим резки?

Чтобы правильно подобрать режим обработки, нужно грамотно определить его основные элементы, то есть находить и учитывать оптимальные показатели значений этих режимов:

• определение технологически допустимой скорости подачи. Это позволяет использовать все имеющиеся мощности оборудования;
• определение экономичной скорости резания станка. Это способствует рациональному применению режущих элементов.

Полученные результаты нужно проверить по таблицам и формулам. Так вы сможете определить соответствие выбранных элементов мощности оборудования, которое будет использоваться для резки, а также найти мощность привода. Проверки особенно нужны тогда, когда нужно провести грубые работы.

Как подобрать фрезы для резания?

При выборе фрез соблюдайте следующие правила:

• Подбор нужно проводить в соответствии с принципом: минимальная рабочая длина и максимальный диаметр, который требуется для проведения конкретной манипуляции. Слишком длинные фрезы с маленьким диаметром могут давать вибрацию, так как они имеют меньшую жесткость. Также, выбирая диаметр фрезы, опирайтесь на возможности оборудования. Если диаметр будет слишком большим, то мощность привода станка и шпинделя может оказаться недостаточной, и необходимой скорости резания фрезы вы не получите.
• Необходимо правильно подобрать форму фрезы. Канавка для стружки должна превышать объем снимаемого металла. Если не будет обеспечен свободный отвод стружки из зоны резания, то канал забьется, и инструмент будет не резать материал, а продавливать его.
• Следует использовать 1-заходные фрезы при работе с мягкими металлами и составами, имеющими склонность к налипанию. Для средне-жестких материалов подойдут 2-заходные фрезы, а для обработки жестких материалов рекомендуется использовать 3- и более заходные фрезы.