Если встаёт такой вопрос, то статья эта может Вам помочь. Автор будет рад, если после её прочтения Вы сделаете шаг в сторону от всяческих таблиц с указанием "оборотов" без учёта диаметра и вылета инструмента к осмысленному и самостоятельному расчёту режима для конкретных условий. В статье много букв, но, на самом деле, её суть укладывается в две простые формулы, подкреплённые здравым смыслом. И я выдаю их не спеша.
Первое : что режем?
И, исходя из этого, выбираем скорость резания
- Алюминий и алюминиевые сплавы – 200-400 м/мин.
- Латунь – 150-300 м/мин.
- Бронза – 100-150 м/мин.
- Бакелит – 50-100 м/мин.
- ПВХ – 100-200 м/мин.
- Термопласты стандартные (акрил, нейлон и проч.) – 300-500 м/мин.
- Древесина – 300-500 м/мин.
- Нержавеющая сталь – 50-90 м/мин.
Приведённые скорости резания взяты из каталога инструментов «Belin» и являются общими рекомендациями. В каждом конкретном случае скорость резания может выходить за рамки обозначенных диапазонов. На возможную скорость оказывают влияние различия в сплавах и геометриях фрез, наличие или отсутствие защитного покрытия фрезы и всегда уникальные условия резания. Рекомендации приводятся как ориентир, а не правило.
Пример
Попутно я рассмотрю пример выбора режима. Пример условный, и не стоит воспринимать его как реальную возможность резать определённый материал определённой фрезой в Ваших условиях. Я Ваших условий не знаю, а сам пример строится на пошаговом принятии пунктов, каждый из которых нуждается в практической проверке на конкретном станке. Итоговый режим, к которому я прихожу в конце, требует постепенной апробации, понимания от оператора, что и почему он делает в данный момент, хорошего закрепления заготовки и общей надёжности конструкции. Тем не менее, это вполне рабочий, хороший режим и к нему запросто можно прийти на практике.
Допустим, надо резать акрил. Смотрим «термопласты стандартные» и выбираем среднее значение скорости резания – 400 м/мин.
Второе : чем режем?
Здесь нас интересует выбор диаметра инструмента
С увеличением диаметра фрезы становится больше максимально возможная подача на один её оборот. Однако само число её оборотов в минуту ограничено максимальной скоростью резания данного материала (см. выше), так что увеличение диаметра не всегда оправдано. Тем более, что и стоимость инструментов больших диаметров вырастает значительно.
Обычно диаметр фрезы определяется технологией производства. Считается идеальным, если глубина резания соответствует диаметру фрезы (или меньше диаметра). В крайнем случае, она может быть равна 2-м или 3-м диаметрам. Снимать большее количество материала за один проход несколько опрометчиво; и хотя на практике такие прецеденты подчас прощаются, никто таких условий не рекомендует. Мы тоже не станем рекомендовать — разве что для резки пенопласта и подобных ему материалов с низкой плотностью.
Пример
Наш акрил имеет толщину 8 мм, радиус углов, допустим, не важен, так что я выбираю фрезу диаметром 8 мм и буду раскраивать материал за один проход.
Третье : вычисляем частоту вращения
Имея заданную скорость резания и определённый диаметр, посчитаем обороты
n = (1000 * Vc) / (π * D),
где n — искомое число оборотов в минуту,
Vc — желаемая скорость резания (м/мин),
D — выбранный диаметр фрезы (мм).
Если Ваш шпиндель не может выдать найденное количество оборотов, логично взять чуть больший диаметр, чтобы не терять в максимально возможной скорости резания. Небольшое удорожание инструмента с лихвой окупится адекватно ускоренной резкой материала.
Если Вы на это пойти не готовы, то придётся остановиться на тех оборотах, которые может выдать шпиндель станка (а поскольку безопаснее всего для любой техники использовать её мощность не более чем на 90 % от максимальной, то при бережном отношении к оборудованию скорость резания понизится ещё на 10 %).
Пример
n = (1000 * 400 м/мин) / (3,14 * 8 мм) = около 15924 об./мин. Поднимем до 16-и тысяч для ровного счёта, имея в виду, что максимальная скорость резания по акрилу у нас 500 м/мин, а мы изначально взяли только 400. Впоследствии можно подойти и прямо к 500-м м/мин, пересчитав обороты. Пока, для первого раза, не впадаем в крайности.
Четвёртое : подача на оборот / подача на зуб фрезы
Центральное место при выборе режима!
Сломается или не сломается (и вообще, насколько «комфортно» будет себя чувствовать) фреза, зависит не от того, 6 или 3 метра в минуту она проходит, а от того, какое количество материала снимается каждым её лезвием за один оборот. Это называется — подача на зуб фрезы, или просто подача на зуб (шаг на зуб). Подача на оборот совпадает с подачей на зуб, если речь идёт об однозаходной фрезе. Для двухзаходной фрезы подача на оборот больше подачи на зуб в два раза. Для трёхзаходной — в три и т. д.
Как выбрать подачу на зуб? В идеале, есть рекомендуемые производителем значения подач на зуб для тех или иных материала, диаметра фрезы и глубины резания. Но это только в идеале. Китайский производитель в этом отношении нас не балует. Впрочем, и расстраиваться не нужно. Адекватный диапазон подач на зуб всё равно лежит где-то в пределах от 0,1 до 0,25 мм для заглубления на диаметр фрезы в практически любой материал (правда, если геометрия, материал фрезы и вообще условия обработки подходящие – то есть, речь не о попытках резать нержавейку на станках для производства рекламы). Заметите возможность фрезеровать с бОльшими подачами? Отлично, но давайте не с первого захода. А с меньшими, пожалуй, нет смысла. Конечно, если у вас не микрофреза в патроне.
В среднем, для фрез диаметром от 3 мм, при работе на глубину, равную диаметру, подачу на зуб можно ставить 0,15 мм. Если не уверены, начните с 0,1 мм на зуб. Это минимальное значение, при котором фреза точно не испытывает перегрузок, но и не будет гореть. Увеличить сможете всегда, а безопасность первого врезания таким образом обеспечите. Идеал — это, конечно, максимальные подачи на зуб. Но помните, что неадекватно большая подача на зуб чревата 1) повышенными поперечными нагрузками на фрезу (риск поломки) и 2) образованием толстой стружки, при которой тепло не успевает уходить от лезвия в стружку и скапливается на кромке (в результате повышается температура в зоне резания, снижается стойкость и прочность режущей кромки, возникает дополнительный риск налипания стружки и поломки).
Пример
Предположим, у меня однозаходная фреза. Была бы она трёхмиллиметровой, я указал бы подачу, максимум, 0,15 мм/зуб. Но 8 мм диаметр – не мало, поэтому ставлю 0,2 мм/мин. Это довольно смело для первого врезания, но, скорее всего, на практике можно будет и больше. Хотя — всё же рекомендую начинать с меньших значений. Беру 0,2, по сути, только для репрезентативности, чтобы не заниматься постепенным увеличением подачи на Вашем мониторе.
Пятое : считаем подачу в миллиметрах в минуту / секунду
Приходим к итогу
Зная частоту вращения и желаемую подачу на зуб, легко вычислим минутную подачу.
где F – искомая подача (мм/мин),
n – частота вращения (число оборотов в минуту),
fz – подача на зуб (мм),
z – количество зубьев фрезы.
Если указываете подачу в мм/сек, просто разделите это значение на 60.
При глубине резания, равной 1-му диаметру фрезы, значение вводится как есть. При 2-м диаметрам, отнимите 25%, а при 3-м – 50% от найденной подачи.
Пример
F = 16000 об./мин * 0,2 мм/зуб * 1 зуб = 3200 мм/мин. Или 3200 / 60 = около 53 мм/сек.
Итак, это совершенно безопасная и адекватная подача для однозаходной фрезы диаметром 8 мм по акрилу при частоте вращения 16 тыс. об./мин.
Но не предел мечтаний. Простестировав, мы видим, что фреза спокойно работает. Что можно сделать для увеличения скорости обработки?
Во-первых, положим, наш станок может выдавать 24 тыс. оборотов в минуту, так давайте повысим скорость резания до максимальной (напомню, по акрилу это 500 м/мин. Считаем обороты: n = (1000 * 500 м/мин) / (3,14 * 8) = около 19904 об./мин. Оставим 19,9 тыс. об./мин.
Во-вторых, можно повысить подачу на зуб, но ещё предпочтительнее попробовать двухзаходную фрезу – диаметр 8 мм достаточно большой для этого. Сделаем так, немного понизив подачу на зуб, чтобы исключить риск налипания стружки. Пусть будет 0,15 мм на зуб. И, само собой, имеет смысл взять фрезу с рабочей частью длиной 10 мм, чтобы минимизировать вибрации.
Считаем подачу: F = 19900 об./мин * 0,15 мм/зуб * 2 зуба = 5970 мм/мин. Неплохо, да? Кажется, много, а нагрузка на фрезу и на всю конструкцию станка стала меньше, чем была изначально, поскольку мы снизили подачу на зуб фрезы.
Конечно, есть возможность использовать в нашем примере и более популярный и недорогой 6-й диаметр и также раскраивать на всю глубину. Но:
1) для максимальной скорости резания придётся увеличить обороты (иногда это невозможно);
2) из-за меньшего поперечного сечения та же самая подача на зуб будет создавать бОльшую поперечную нагрузку, соответственно максимальная подача на зуб у фрезы диаметром 6 мм меньше, чем у 8 мм;
3) если мы будем кроить акрил толщиной 8 мм за один проход, то эта глубина составит почти 1,5 диаметра нашей фрезы, что ещё более снизит максимальную подачу, процентов на 20;
4) двухзаходную фрезу этого диаметра придётся использовать с большой осторожностью, если вообще придётся, поскольку её канавки меньше и риск не справиться с отводом стружки существенно выше.
Это не значит, что «шестёркой» в этих условия работать нельзя. Зная материал этой статьи, Вы легко подберёте правильный и максимально быстрый в этих условиях режим. Можно и фрезой в 3 мм работать работать по акрилу толщиною в 8. Конечно, значительно медленнее, но можно (а если есть требование к радусу скруглений, то и приходится). Главное – правильно учесть все условия.
Надеюсь, моя статья отчасти поможет Вам в этом.
P . S . : общие рекомендации
1. Диаметр фрезы выбирается близким к глубине резания. Если скорость резания на максимальных оборотах получается слишком низкой, имеет смысл увеличить диаметр и, т. о., повысить скорость резания.
2. Вылет фрезы должен быть минимальным, соответственно брать фрезы со слишком большой режущей длиной целесообразно только в случае крайней необходимости: надо помнить, что это минимальные подачи и риск возникновения вибраций.
3. Использование инструментов достаточно большого диаметра стимулирует к увеличению подач. Однако неадекватно высокие подачи способны или сломать фрезу, или передать нагрузку на подшипники шпинделя и несущую конструкцию. Превышать 0,25 мм/зуб можно, только убедившись в запасе прочности фрезы и полностью доверяя конструкции своего станка.
4. Увеличение количества зубьев – хорошая идея для увеличения минутной подачи. Однако следует помнить о том, что стружка должна успевать свободно отводиться из зоны резания. Чем большее количество зубьев имеет фреза, тем меньше места остаётся для её стружечных канавок. Всегда есть риск, что объёма канавок не хватит для быстрого отвода стружки: тогда возможно налипание пыли или стружки, в связи с чем фреза фактически перестанет резать. Последствия этого предугадать нетрудно. Я не призываю Вас отказываться от экспериментов, наоборот. Главное – не ставить поначалу высоких подач на зуб, остановиться на минимальных 0,1-0,12 мм, чтобы убедиться, что фреза работает и справляется с заданным объёмом стружки. Помните, что двухзаходная фреза с подчей на зуб 0,1 мм имеет такую же минутную подачу, как однозаходная с подачей на зуб 0,2 мм. При этом, нагрузка на на её кромку в два раза ниже, соответственно выше стойкость. Как видите, в адекватном увеличении количества заходов есть смысл. Замечу, что в одном из видео специалист «Onsrud» настоятельно рекомендует использовать по пластику только двухзаходные фрезы начиная с диаметра 3/8 дюйма (= 9,525 мм). Но можно работать и трёх-, и четырёхзаходными фрезами – с впечатляющей производительностью. Здесь важно добиться надёжного отвода стружки из зоны резания и правильно выбрать подачу на зуб.
5. Дороговизна цельнотвёрдосплавных фрез больших диаметров заставляет обращать внимание на фрезы с твердосплавными напайками. У последних есть ряд минусов, несмотря на очевидный плюс – значительно меньшую цену. Технология их изготовления не позволяет добиться такой точности, как у цельнотвердосплавных. Также ограничены их геометрические возможности. Стальная основа хуже отводит тепло, чем твёрдый сплав, поэтому оно скапливается в режущей пластине, снижая её твёрдость и прочность, провоцируя налипание стружки. Фрезы с напайками имеют меньшую скорость резания и меньшие подачи. Однако такие фрезы использовать можно и в некоторых случаях необходмо. Главное – для станков с ЧПУ рекомендуются только фрезы, изготовленные производителем инструмента для станков с ЧПУ. Избегайте брать фрезы для ручного фрезера, какими бы хорошими или дешёвыми они не считались. Это позволит Вам сберечь подшипники шпинделя, свой станок и, в конечном счёте, немало средств.
(с) Дмитрий Мирошниченко, компания “AllegroMills”
Расчет режимов фрезерования заключается в определении скорости резания, частоты вращения фрезы, и выбора подачи. При фрезеровании различают два основных движения: вращение фрезы вокруг своей оси – главное движение и перемещение заготовки относительно фрезы – движение подачи. Скорость вращения фрезы называют скоростью резания, а скорость перемещения детали – подачей. Скорость резания при фрезеровании – это длина пути (в м), которую проходит за 1 мин наиболее удаленная от оси вращения точка главной режущей кромки.
Скорость резания легко определить, зная диаметр фрезы и частоту ее вращения (число оборотов в минуту). За один оборот фрезы режущая кромка зуба пройдет путь, равный длине окружности, имеющей диаметр D:
l = πD, где l – путь режущей кромки за один оборот фрезы.
Длина пути
Длина пути, пройденная кромкой зуба фрезы в единицу времени,
L = ln = πDn, где n – частота вращения, об/мин.
Скорость резания
Принято обозначать диаметр фрезы в миллиметрах, а скорость резания в метрах в минуту (м/мин), поэтому написанную выше формулу можно записать в виде:
Частота вращения фрезы
В производственных условиях часто требуется определить необходимую частоту вращения фрезы для получения заданной скорости, резания. В этом случае используют формулу:
Подача при фрезеровании
При фрезеровании различают подачу на зуб, на оборот и минутную подачу. Подачей на зуб Sz называют расстояние, на которое перемещается заготовка (или фреза) за время поворота фрезы на один шаг, т. е. на угол между двумя соседними зубьями. Подачей на оборот S называют расстояние, на которое перемещается обрабатываемая деталь (или фреза) за время одного полного оборота фрезы:
Минутная подача
Минутной подачей Sм называют расстояние, на которое перемещается заготовка (или фреза) в процессе резания за 1 мин. Минутная подача измеряется в мм/мин:
Определение времени фрезерования детали
Зная минутную подачу, легко подсчитать время, необходимое для фрезерования детали. Для этого достаточно разделить длину обработки (т. е. путь, который должна пройти заготовка по отношению к фрезе) на минутную подачу. Таким образом, по величине минутной подачи удобно судить о производительности обработки. Глубиной резания t называют расстояние (в мм) между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно обработанной поверхности, или толщину слоя металла, снимаемого за один проход фрезы.
Скорость резания, подача и глубина резания являются элементами режима резания. При наладке станка устанавливают глубину резания, подачу и скорость резания, исходя из возможностей "режущего инструмента, способа фрезерования обрабатываемого материала и особенностей обработки. Чем большее количество металла в единицу времени фреза снимает с заготовки, тем выше будет производительность фрезерования. Естественно, что производительность фрезерования при прочих равных условиях будет повышаться с увеличением глубины резания, подачи или скорости резания.
Конфигурация обрабатываемой поверхности и вид оборудования определяют тип применяемой фрезы. Её размеры обусловливаются размерами обрабатываемой поверхности и глубиной срезаемого слоя. Диаметр фрезы для сокращения основного технологического времени и расхода инструментального материала выбирают но возможности наименьшей величины, учитывая при этом жёсткость технологической системы, схему резания, форму и размеры обрабатываемой заготовки [6, 40].
При торцовом фрезеровании для достижения производительных режимов резания диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования В, т.е. D = (1,25-1,5) В.
Глубина и ширина фрезерования — понятия, связанные с размерами слоя заготовки, срезаемого при фрезеровании (рис. 7.2).
Во всех видах фрезерования, за исключением торцового, глубину резания определяет продолжительность контакта зуба фрезы с заготовкой; глубину измеряют в направлении, перпендикулярном оси фрезы. Ширина фрезерования определяет ширину лезвия зуба фрезы, участвующей в резании; её измеряют в направлении, параллельном оси фрезы. При торцовом фрезеровании эти понятия меняются местами.
Рис. 7.2. Глубина и ширина резания при фрезеровании
Подача. При фрезеровании различают подачу на один зуб s2, подачу на один оборот фрезы s и минутную s4, мм/мин, которые находятся в следующем соотношении:
где п — частота вращения фрезы, об/мин; г — число зубьев фрезы.
Исходной величиной подачи при черновом фрезеровании является её величина на один зуб, при чистовом фрезеровании — на один оборот фрезы, по которой для дальнейшего использования вычисляют величину подачи на один зуб sz = s/г.
Рекомендуемые подачи для различных фрез и условий резания приведены в таблицах 7.21-7.25.
Таблица 7.21 содержит величины подач при фрезеровании торцовыми, цилиндрическими и дисковыми фрезами с платанами из твёрдого сплава в зависимости от мощности станка и марки твёрдого сплава; таблица 7.22 — при фрезеровании плоскостей и уступов в зависимости от требуемой шероховатости; таблица 7.23 при фрезеровании прорезными фрезами; таблица 7.24 — при фрезеровании концевыми фрезами плоскостей и уступов; таблица 7.25 — при фрезеровании отрезными фрезами.
Подачи при фрезеровании торцовыми, цилиндрическими и дисковыми фрезами с пластинами из твёрдого сплава, мм/зуб
Мощность станка, кВт
Сталь | Чугун и медные сплавы
Подача на зуб фрезы, мм, при твёрдом сплаве