Выбор режимов резания при фрезеровании

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

1. Алюминий и алюминиевые сплавы – 200-400 м/мин.
2. Латунь – 150-300 м/мин.
3. Бронза – 100-150 м/мин.
4. Бакелит – 50-100 м/мин.
5. ПВХ – 100-200 м/мин.
6. Термопласты стандартные (акрил, нейлон и проч.) – 300-500 м/мин.
7. Древесина – 300-500 м/мин.
8. 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”

Определим режимы резания для чернового фрезерования плоской поверхности на фрезерном станке в следующей последовательности:

1.4.1. Глубину резания t, мм, определяют в зависимости от типа

применяемой фрезы, конфигурации обрабатываемой

поверхности и от вида оборудования.

При фрезеровании различают подачу на один зуб S_z, мм/зуб, подачу на один оборот фрезы S и подачу минутную S_м, мм/мин, которые находятся в следующем соотношении:

, (9.28)

где n – частота вращения фрезы, мин -1 ;

z – число зубьев фрезы.

Исходной величиной подачи при черновом фрезеровании является величина подачи на один зуб S_z, значение которой для различных фрез и условий резания приведены в таблице 9.13 и таблице 9.14 приложения Д.

Выбрать модель фрезерного станка, на котором будет выполняться фрезерование, с учетом заданной мощности станка.

1.4.3. Рассчитать теоретическую скорость резания V_Д, м/мин, допускаемую режущими свойствами фрезы по формуле:

, (9.29)

где D – диаметр фрезы, мм;

t – глубина обработки, мм;

В – ширина обработки, мм;

z – число зубьев фрезы;

Т – период стойкости инструмента, мин, определяется

по таблице 9.16 приложения Д;

К_v – поправочный коэффициент на скорость,

учитывающий фактические условия резания,

определяется по формуле:

, (9.30)

где K_mv – коэффициент, учитывающий качество

обрабатываемого материала, определяется по

таблице 9.3 приложения Д;

K_nv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности

инструмента, определяется по таблице 9.5

1.4.4. Определить и скорректировать частоту вращения фрезы n, мин -1 , согласно рекомендациям пункта 1.2.4.

1.4.5. Рассчитать фактическую скорость резания V, м/мин, согласно формуле (9.5) пункта 1.2.5.

, (9.31)

и скорректировать значение полученной подачи S_м по паспортным данным выбранного станка. С учетом откорректированного значения S_м скорректировать значение подачи S_z, мм/зуб:

, (9.32)

где n – частота вращения фрезы, имеющаяся на станке,мин -1 ;

z – число зубьев фрезы.

1.4.7. Определить главную составляющую силы резания при фрезеровании – окружную силу Р_z, Н, по формуле:

, (9.33)

где D – диаметр фрезы, мм;

t – глубина обработки, мм;

В – ширина обработки, мм;

z – число зубьев фрезы;

n – частота вращения фрезы, имеющаяся на станке,мин -1 .

определяется по таблице 9.7 приложения Д;

, (9.34)

где D – диаметр фрезы, мм;

Р_z – главная составляющая сила резания при фрезеровании, Н

1.4.9. Определить мощность резания Np, кВт, по формуле:

,(9.35)

где Pz – главная составляющая силы резания, Н;

V – фактическая скорость резания, м/мин.

Полученное значение мощности резания N_p сравнить с мощностью электродвигателя выбранного станка по рекомендациям, изложенными в пункте 1.2.7.

,(9.36)

L – длина хода режущего инструмента (рис.9.4), мм:

,(9.37)

где – длина обработки, мм;

,– длина врезания и длина перебега, мм:

(для цилиндрических фрез);

(для торцовых фрез),

Еще одна статья материалов учебника Босинзона М.А «Обработка деталей на металлорежущих станках различного вида и типа» . В ней представлены технологические процессы и режимы резания на станках фрезерной группы.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ

НА СТАНКАХ ФРЕЗЕРНОЙ ГРУППЫ

Выбор режима резания при фрезеровании. Режим резания для каждой технологической операции рассчитывается и задается тех­нологиями, но в условиях мелкосерийного производства или при изготовлении единичных деталей, когда операционную технологию подробно не разрабатывают, фрезеровщику часто приходится са­мому выбирать наиболее рациональный режим резания. Квалифи­цированные рабочие часто делают это на основании собственного опыта, без предварительных расчетов. Чтобы не ошибиться и не выбрать заниженный непроизводительный или, наоборот, слишком напряженный режим работы, следует сделать хотя бы упрощенный расчет.

Объем металла, срезаемого фрезой в единицу времени, при об­работке поверхностей (мм 3 /мин) можно вычислить по формуле

где t — глубина резания (фрезерования), мм; В — ширина фрезе­рования, мм; S_M — минутная подача, мм/мин.

Так как ширина фрезерования обычно ограничивается шириной обрабатываемой поверхности, то для ускорения обработки, судя по этой формуле, не важно, что увеличивать — глубину резания, подачу или скорость резания. Однако практически приходится учитывать, что исходя из стойкости инструмента выгоднее в пер­вую очередь увеличивать глубину резания, затем подачу и скорость резания. Начинать работу следует с максимально возможной глубиной резания, по возможности снимая весь припуск за один рабочий ход, задать максимально допустимою подачу, а затем при выбранной глубине и подаче принять допустимую скорость реза­ния. Если увеличивать любой из элементов режима резания, то при прочих равных условиях стойкость инструмента уменьшается. Но увеличение подачи примерно в 2 раза, а скорости резания при­мерно в 4 раза больше сказывается на стойкости инструмента, чем глубина резания, поэтому при заданной стойкости фрезы можно добиться наибольшей производительности, работая с максимальной глубиной резания и подачей.

При выборе режима резания необходимо также учитывать при­пуск на обработку. Если он сравнительно небольшой, а требования к шероховатости поверхности детали невысокие, можно заготовку фрезеровать за один рабочий ход. Но нередко бывает так, что сразу снять весь припуск невозможно из-за вероятности поломки фрезы или недостаточной мощности станка. По этим причинам ограни­чивается и величина подачи. Если выбирают режим для чистового фрезерования, то максимальную подачу ограничивают заданной шероховатостью обработки, поэтому часто единственным путем сокращения времени обработки остается увеличение скорости ре­зания. Вот почему выгодно применять твердосплавные фрезы, но, работая ими на высоких скоростях, не стоит забывать, что макси­мальная скорость резания ограничивается предельной для данного станка частотой вращения, а мощность, необходимая для резания, возрастает пропорционально скорости резания.

Задавшись глубиной резания, нужно выбрать подачу и скорость резания. Зная их, нетрудно подсчитать необходимую частоту вра­щения шпинделя станка. При настройке станка следует брать бли­жайшую наименьшую частоту вращения.

Сила и мощность резания при фрезеровании. Чтобы обработать заготовку, следует удалить определенный слой металла, преодолевая сопротивление срезаемого слоя, т. е. силу резания. Ее величина за­висит от условий обработки. При черновом фрезеровании, когда с заготовки снимают слой металла в несколько миллиметров, сила резания велика, а при чистовом она уменьшается в десятки раз, поэтому при выборе геометрии и конструкции фрез, проектиро­вании приспособлений и станков обязательно учитывают характер обработки и величины сил резания.

Рассмотрим, какие силы действуют на инструмент в процессе фрезерования. На рис. 11.4 показаны схемы работы цилиндриче­ской фрезы при встречном и попутном фрезеровании. Каждую из сил, действующих на зуб фрезы ( R ₁, R ₂, R ₃ . ), можно разложить на две составляющие: одну, направленную к центру фрезы, — ра­диальную ( N ₁, N ₂, N ₃ . ) и вторую, направленную перпендикулярно ей, — окружную силу ( P ₁,Р₂, Р₃. ).

Силы P ₁,Р₂,Р₃ . препятствуют вращению фрезы, а силы N ₁, N ₂, N 3. отталкивают фрезу от обрабатываемой детали. Если в ра­боте одновременно находится несколько зубьев фрезы, то для ее вращения нужно приложить силу, равную геометрической сумме окружных сил, действующих на отдельные зубья. Обозначим эту суммарную окружную силу через Р.

Мощность фрезерования, или эффективная мощность N _Э (Вт) — это мощность, расходуемая непосредственно на процесс резания и равная произведению окружной силы на скорость ре­зания, т. е.

Рис. 11.4. Силы при работе цилиндрической фрезы:

а — при встречном перемещении; 6 — при попутном перемещении; R ₁, R ₂, R ₃— ре­зультирующая сила, действующая на зуб фрезы; N ₁, N ₂, N ₃ — радиальная сила; Р₁,Р₂, Р₃ — окружная сила; Р_д — сила противодействия; Р_Г — горизонтальная сила; Р_в — вертикальная сила; v — направление вращения фрезы; S — движение подачи

где Р — окружная сила (Н); v — скорость резания (м/с).

Как видно из формулы, эффективную мощность можно опреде­лить, зная величину силы Р и скорость резания v .

По справочникам режимов резания можно непосредственно определить эффективную мощность для принятого режима ре­зания. Сравнивая эту величину с мощностью электродвигателя станка, указанной в его паспорте, проверяют, можно ли работать с выбранным режимом резания и достаточно ли загружен станок по мощности. При этом нужно помнить, что мощность двигателя затрачивается не только на процесс резания, но и на приведение в движение механизмов станка, поэтому

где N _Д — мощность электродвигателя станка (Вт); η — КПД станка.

Вернемся к рис. 11.4. Кроме вращения фрезы — главного дви­жения, имеется еще и движение стола — подача. Этому движению противодействует сила Р_Д, равная по величине силе Р, но обратная по направлению. Разложим силу Р _д на составляющие — горизон­тальную Р_Г и вертикальную Р_В. Сравнивая схемы (рис. 11.4, а и б), видим, что при встречном фрезеровании фреза стремится оторвать заготовку от стола станка, а при попутном фрезеровании она при­жимает заготовку к столу и стремится сдвинуть ее в направлении подачи.

Выходит, что фреза влияет на движение стола. Действительно, сила подачи при попутном фрезеровании меньше на 20. 30 %, чем при встречном, из-за действия силы Р_В. При попутном фрезеро­вании она прижимает заготовку к столу и увеличивает трение в направляющих. При этом под действием силы Р_Г стол станка то затормаживается, то стремится быстро подвинуться вперед (в на­правлении подачи), и эти явления следуют друг за другом по мере врезания очередного зуба фрезы в заготовку. Если в резьбовом сопряжении винт — гайка продольной подачи стола имеется за­зор, движение стола будет происходить скачками и нормальный процесс резания нарушится. Из-за этого фрезерование с попут­ной подачей возможно не на всех станках. Станки должны иметь специальное устройство для устранения зазоров в механизме подачи стола.

Рассмотренные силы действуют при работе цилиндрической фрезы с прямыми зубьями. На практике часто применяются фрезы с винтовыми зубьями, которые более плавно врезаются в металл, и фреза работает более равномерно.

Расчет режимов резания при фрезеровании. Элементами режима резания являются скорость, подача и глубина резания. 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 (м), которую проходит за одну минуту 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 = nD ,

где l — путь режущей кромки за один оборот фрезы (мм); D — диаметр фрезы (мм).

Длина пути, пройденная кромкой зуба фрезы в единицу времени (мм):

L = ln = πDn ,

где п — частота вращения (об/мин).

Единица измерения диаметра фрезы — миллиметр, а скорость резания — метр в минуту, поэтому формулу для скорости резания v (м/мин) можно записать в виде

В производственных условиях часто требуется определить необ­ходимую частоту вращения фрезы п (об/мин) для получе­ния заданной скорости резания. Для этого используется формула

Подача при фрезеровании подразделяется на три составляющие: подача на зуб, на оборот и минутная подача. Подачей на зуб S_z (мм/мин) 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 _о (мм/мин) называют расстояние, на которое перемещается обрабатываемая деталь (или фреза) за время одного полного оборота фрезы:

где Z — число зубьев.

Минутной подачей S_M (мм/мин) называют расстояние, на которое перемещается заготовка (или фреза) в процессе резания за одну минуту:

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 можно судить о производительности обработки.

Глубиной резания t (мм) называют расстояние между обраба­тываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпенди­кулярно обработанной поверхности, или толщину слоя металла, снимаемого за один проход фрезы.

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.

Шероховатость поверхности при фрезеровании. Говоря о ка­честве обработанной поверхности, обычно подразумевают шеро­ховатость поверхности, хотя это не совсем правильно. Качество поверхности характеризуется не только шероховатостью, но и ка­чеством (состоянием) поверхностного слоя. При обработке резани­ем изменяется не только микрогеометрия поверхности детали, но и структура поверхностного слоя, его механические свойства.

Под действием режущего инструмента обрабатываемый металл в тонком поверхностном слое получает наклеп, т. е. упрочнение. Де­формация поверхностного слоя происходит при высоких темпера­турах и давлениях. При скоростном резании металлов температура в зоне резания достигает 800. 1 000 °С и более. В результате силь­ной пластической деформации и нагрева до высокой температуры структура и свойства поверхностного слоя металла могут резко отличаться от основного металла.

Глубина поверхностного слоя с измененными свойствами и его состояние зависят от свойств и структуры обрабатываемого ме­талла, вида обработки, геометрии режущего инструмента, режима резания и других причин. При обдирочной обработке глубина на­клепанного слоя может превышать 0,5 мм, а при чистовой обработке снижается до 0,1 мм.

Качество поверхностного слоя контролируется в заводских и ис­следовательских лабораториях. В цеховых условиях обычно ограни­чиваются измерением шероховатости обработанной поверхности.

На рис. 11.5 приведены схемы образования профиля поверх­ности при фрезеровании. На всех схемах глубина фрезерования и подача на один зуб одинаковы. Сравним, какой профиль поверхности при этом получается, и посмотрим, от каких факторов зависит высота неровностей на обработанной поверхности.

Рис. 11.5. Схемы образования профиля поверхности при фрезеровании:

а — торцовой фрезой с острой вершиной зубьев (не закругленной); б — торцовой фрезой с закругленной вершиной; в — цилиндрической фрезой

На высоту неровностей влияет радиус закругления вершины зуба торцовой фрезы (или радиус цилиндрической фрезы), а также подача. В треугольнике АБВ (рис. 11.5, а) высота БД равна выступу h_a . При уменьшении подачи S_z основание треугольника АВ и высо­та БД будут меньше. Для торцовой (рис. 11.5, б) и цилиндрической (рис. 11.5, в) фрез высота неровностей тоже зависит от подачи и уменьшается с ее уменьшением.

Для фрез с закругленными зубьями и цилиндрических фрез вы­соту неровностей можно определить по формуле

где R — радиус закругления вершины зубо-торцовой фрезы или радиус цилиндрической фрезы (мм).

По схеме (см. рис. 11.5, а) можно судить и о влиянии на вы­соту неровностей углов зуба в плане. При уменьшении вспомо­гательного утла в треугольнике АБВ без изменения подачи S вы­сота неровностей h_a = БД будет уменьшаться. То же самое будет и при уменьшении угла φ. Для закругленных зубьев углы в плане не влияют на высоту неровностей, если неровности образуются криволинейным участком режущей кромки. В этом случае высота неровностей зависит только от радиуса закругления вершины зуба фрезы R и величины подачи S_z . Уменьшение глубины резания от l до l ₁ (см. рис. 11.5, а) на высоту неровностей не влияет.

Таблица 11.2. Шероховатость поверхности при фрезерной обработке

Можно сделать вывод, что для уменьшения шероховатости об­работанной поверхности следует уменьшать подачу, углы в плане, увеличивать радиус закругления вершины зуба фрезы или радиус (диаметр) цилиндрической фрезы. Если довести вспомогательный угол в плане до нуля, можно получить совершенно ровную поверх­ность. Для других случаев можно подсчитать величину неровностей в зависимости от S_Z , φ, φ₁ и R .

При черновой и чистовой фрезерной обработке обеспечиваются характеристики шероховатости обработанной поверхности в соот­ветствии с табл. 11.2.