Скорость вращения шпинделя, скорость подачи - всё это основы резания. Получить информацию об этом сравнительно легко. В любой книге по фрезерному делу можно найти данную информацию. Ниже приводится краткий конспект одной из таких книг. Выбор диаметра фрезы для работы определяется по двум параметрам - ширине и глубине фрезерования.

Ширина фрезерования - ширина обрабатываемой поверхности задается, как правило, в чертеже и определяется размером детали или заготовки. В случае обработки нескольких заготовок закреплённых рядом, ширина фрезерования кратно увеличивается.

Глубина фрезерования (или глубина резанья) - толщина слоя снимаемого фрезой материала за один проход. Если снимать много то фреза делает два и более проходов. При этом последний проход производят с небольшой глубиной резанья для получения более чистой поверхности обработки. Такой проход называют чистовым фрезерованием в отличие от предварительного или чернового фрезерования, которое производят с большей глубиной резанья. Однако при небольшом припуске на обработку, фрезерование производится за один проход.

Скорость резания - это путь (обычно обозначаемый в метрах), который проходят режущие кромки зубьев фрезы в одну минуту. Скорость резания рассчитывается по следующей формуле: длину окружности фрезы умножаем на количество зубьев фрезы и на количество оборотов в минуту и все делим всё на 1000 (переводим миллиметры в метры).
Скорость резания обычно определяют по справочным таблицам режимов резания. Так как скорость резания при фрезеровании зависит от стойкости конкретной фрезы, то рекомендуемая в таблицах скорость резания соответствует тому, на какой максимальной скорости может происходить резание без поломки фрезы.

Подача - это величина (обычно обозначаемая в миллиметрах) перемещения шпинделя станка в продольном - Y, поперечном - X или вертикальном - Z направлении.

Подача в одну минуту - величина перемещения шпинделя в миллиметрах за время, равное одной минуте. Вычисляется по формуле: подача в одну минуту равна подачи на один зуб фрезы умноженной на число зубьев фрезы и умноженной на количество оборотов фрезы в минуту.

Выбор режимов резания

Как известно, основами резания являются скорость вращения шпинделя и скорость подачи. Выбор диаметра фрезы для работы определяется по двум параметрам - ширине и глубине фрезерования. Ширина фрезерования, или ширина обрабатываемой поверхности, задается, как правило, в чертеже и определяется размером детали или заготовки. В случае обработки нескольких заготовок, закрепленных рядом, ширина фрезерования кратно увеличивается.

Глубина фрезерования - толщина слоя снимаемого фрезой материала за один проход. Если снимать много, то фреза делает два и более проходов. При этом последний проход производят с небольшой глубиной резанья для получения более чистой поверхности обработки. Такой проход называют чистовым фрезерованием в отличие от предварительного или чернового фрезерования, которое производят с большей глубиной резанья. Однако при небольшом припуске на обработку фрезерование производится за один проход.

Скорость резанья - это путь (обычно обозначаемый в метрах в минуту), который проходят режущие кромки зубьев фрезы в одну минуту.

Скорость резанья обычно определяют по справочным таблицам режимов резанья. Так как скорость резанья при фрезеровании зависит от стойкости конкретной фрезы, то рекомендуемая в таблицах скорость резанья соответствует тому, на какой максимальной скорости может происходить резанье без поломки фрезы.

Подача в одну минуту - величина перемещения шпинделя в миллиметрах за время, равное одной минуте. Вычисляется она по следующей формуле: подача в одну минуту равна подаче на один зуб фрезы, умноженной на число зубьев фрезы и умноженной на количество оборотов фрезы в минуту.

Для мягкой древесины (сосна)

Тип инструмента Рабочая подача мм/мин Скорость вращения Глубина за проход

Торцевая 6мм 2000-3000 20 000-24 000 7,5-8

Торцевая 3мм 1000-1500 20 000-24 000 4,5

Гравер 30°х0,2 800-600 20 000-24 000 3

Для твердой древесины (бук, дуб, фанера)

Торцевая 6мм 1500-2500 20 000-24 000 7,5-8

Торцевая 3мм 500-1000 20 000-24 000 4,5

Гравер 30°х0,2 300-600 20 000-24 000 3

Для двухслойного пластика

Торцевая 3 мм 2000 12 000 0,3

Гравер 30°х0,2 2000 20 000 0,3

Для акрила и полистирола

Торцевая 6 мм 1000-1300 10 000-12 000 3

Торцевая 3 мм 800-1000 12 000-16 000 1,5

Гравер 30°х0,2 300-500 18 000-20 000 0,3-0,6

Для ПВХ

Торцевая 6 мм 1500-2000 12 000 8-10

Торцевая 3 мм 1500-2000 12 000-15 000 4-6

Для алюминиевых сплавов

Торцевая 6 мм 800-1000 14 000 - 18000 0,6

Торцевая 3 мм 500-800 13 000-15 000 0,3

Приведенная ниже таблица содержит справочную информацию параметров режима резания, взятые из практики производства. От этих режимов рекомендуется отталкиваться при обработке различных материалов со схожими свойствами, но не обязательно строго придерживаться их.

Необходимо учитывать, что на выбор режимов резания, при обработке одного и того же материала одним и тем же инструментом, влияет множество факторов, основными из которых являются:

• жесткость системы Станок – Приспособление – Инструмент – Деталь ,
• охлаждение инструмента,
• стратегия обработки,
• высота слоя снимаемого за проход и
• размер обрабатываемых элементов.

* Фрезерной обработке лучше всего подвергать пластики полученные литьем, т.к. у них более высокая темпера плавления.

* При резке акрила и алюминия желательно для охлаждения инструмента использовать смазывающую и охлаждающую жидкость (СОЖ), в качестве СОЖ может выступать обыкновенная вода или универсальная смазка WD-40 (в баллончике).

* При резке акрила, когда подсаживается (притупляется) фреза, необходимо понизить обороты до момента пока не пойдет колкая стружка (осторожнее с подачей при низких оборотах шпинделя - вырастает нагрузка на инструмент и соответственно вероятность его сломать).

* Для фрезеровки пластиков и мягких металлов, наиболее подходящими являются однозаходные (однозубые) фрезы (желательно с полированной канавкой для отвода стружки). При использовании однозаходных фрез создаются оптимальные условия для отвода стружки и соответственно отвода тепла из зоны реза.

* При фрезеровке пластиков, для улучшения качества реза, рекомендуется использовать встречное фрезерование.

* Для получения приемлемой шероховатости обрабатываемой поверхности, шаг между проходами фрезы/гравера необходимо делать равным или меньше рабочего диаметра фрезы(d)/пятна контакта гравера (T).

* Для улучшения качества обрабатываемой поверхности желательно не обрабатывать заготовку на всю глубину сразу, а оставить небольшой припуск на чистовую обработку.

* При резке мелких элементов необходимо снизить скорость резания, чтобы вырезанные элементы не откалывались в процессе обработки и не повреждались.

На практике

Расчётные параметры - хорошо, но учесть полностью всё, практически не возможно. Существуют более полные формулы по расчётам режимов резания, в которых используют десятки параметров. Такие формулы применяют в массовом производстве, да и то, с последующей корректировкой. В единичном производстве применяют справочные таблицы и упрощенные формулы с обязательной корректировкой под конкретные условия. Накопленный опыт, позволяет быстро выбирать рациональные режимы резания.

Теоретические основы по выбору режимов резания

Скорость вращения и скорость подачи - это основные параметры для установки режимов резанья.

Скорость вращения (n) - зависит от характеристик шпинделя, инструмента и обрабатываемого материала. Для большинства современных шпинделей обороты варьируются в диапазоне 12 000 - 24 000 об/мин (для высокоскоростных 40 000 - 60 000 об/мин).

Скорость вращения вычисляется по формуле:

d – диаметр режущей части инструмента (мм)
П – число Пи, постоянная величина = 3.14
V – скорость резания (м/мин) - это путь пройденный точкой режущей кромки фрезы в единицу времени

Для расчетов скорость резания (V) берут из справочных таблиц в зависимости от обрабатываемого материала.

Часто начинающие фрезеровщики путают скорость резанья (V) со скоростью подачи (S), но на деле это совершенно разные параметры!

Примечание:
Для фрез с малым диаметром режущей части, расчетная скорость вращения (n) может оказаться значительно выше максимальной скорости вращения шпинделя, поэтому для дальнейшего расчета скорости подачи (S) необходимо брать фактическую, а не расчетную величину скорости вращения (n).

Скорость подачи (S) – это скорость перемещения фрезы, вычисляется по формуле:

fz - подача на один зуб фрезы (мм)
z - количество зубьев
n- скорость вращения (об/мин)
Скорость врезания по оси Z (Sz) берется как 1/3 от скорости подачи по оси XY (S)

Таблица выбора скорости резания (V) и подачи на зуб (fz)

Примечание:Если система СПИД (Станок-Приспособление-Инструмент-Деталь) с низкой жесткостью, то величину скорости резания выбираем ближе минимальным значениям, если система СПИД имеет среднюю и высокую жесткость, то соответственно и величину выбираем ближе к средним и максимальным значениям.

1. Фрезы подбирайте по принципу – наименьшая рабочая длина и наибольший рабочий диаметр необходимый для выполнения конкретной работы (фрезы с избыточной длиной и минимальным диаметром менее жесткие и склоны к образованию вибраций). Также при выборе диаметра фрезы учитывайте возможности станка, т.к. при использовании большого диаметра фрезы у шпинделя и привода станка может не хватить мощности
2. Правильно выбирайте конфигурацию фрезы. Стружечная канавка должна быть больше, чем объем снимаемого материала. Если стружка не будет свободно эвакуироваться из зоны резания, она забьет канал и инструмент начнет продавливать материал, а не резать его.
3. При обработке мягких материалов и материалов склонных к налипанию рекомендуется применять 1-заходные фрезы. Для обработки материалов средней жесткости рекомендуется применять 2-заходные фрезы. При обработке жестких материалов рекомендуется применять 3-х и более заходные фрезы.

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:

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 S z 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 0 называют расстояние, на которое перемещается обрабатываемая деталь (или фреза) за время одного полного оборота фрезы:

S 0 = S z Z

Минутная подача

Минутной подачей S м называют расстояние, на которое перемещается заготовка (или фреза) в процессе резания за 1 мин. Минутная подача измеряется в мм/мин:

S м = S 0 n, или S м = S z Zn

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.

В процессе фрезерования зубья многолезвийного режущего инструмента, вращающегося вокруг своей оси, поочерёдно следуя один за другим, врезаются в материал заготовки, которая движется на фрезу. В результате такого рода движений происходит отделение слоя металла с образованием стружки. Элементами режима резания , сопровождающими фрезерование, является глубина, на которую погружается фреза, скорость резания с которой фрезеруется материал и подача движения заготовки.

Ширина фрезерования это расстояние, на котором главные режущие кромки зубьев фрезы соприкасаются с заготовкой.

Глубина резания это слой металла с определённой толщиной, который удаляется в процессе фрезерования за один рабочий проход. Измеряется глубина фрезерования как разность между обрабатываемой поверхностью и образующейся в результате обработки.

Главное движение при фрезеровании это есть ни что иное как вращение фрезы. Выполняя технологические операции, связанные с фрезерованием, режущему инструменту задаётся вращение и при этом в настройках станка устанавливается число оборотов за единицу времени. Однако главным параметром вращения фрезы является не то число оборотов, с которым она поворачивается вокруг своей оси, а скорость резания.

Скорость резания

Скорость резания для фрезы это расстояние, преодолеваемое за одну минуту режущей кромкой на наиболее отдалённой точке радиуса инструмента относительно оси вращения.

Скорость резания рассчитывается по формуле представленной ниже:

• V – скорость резания
• π – 3.1416
• D – диаметр фрезы(мм)
• n – частота вращения фрезы(об/мин)
• 1000 – коэффициент перевода мм в м

При технологических расчётах выбирается скорость резания согласованная со свойствами инструмента. Иными словами скорость резания должна быть допустимой в соответствии с периодом стойкости режущего инструмента.

Обороты

Обороты фрезы (n), как упоминалось выше, являются главным движением станка. Перед выполнением какой либо работы на станке, фрезеровщику приходится настраивать режимы резания одним из компонентов которых является вращение фрезы. Так как на промышленном оборудовании переключение скоростей указывается в оборотах в минуту, соответственно требуется знать их число, которое можно рассчитать по формуле:

Подача

Подача (S) это рабочее перемещение подвижных частей станка, на одних из которых крепятся режущие инструменты, а на других детали или заготовки подвергаемые обработке. Подача является одной из основных характеристик режима резания, которая необходима при обработке на станках.

При выполнении фрезерных работ используются следующие виды подач:

• Подача на один зуб;
• Подача на один оборот;
• Минутная подача.

С помощью фрезерного станка можно задавать подачи в вертикальном, продольном и поперечном направлении.

Подача на зуб (S Z мм / зуб) – это отношение минутной подачи и произведения частоты вращения шпинделя к числу зубьев, которыми располагает фреза.

Подача на один оборот фрезы (S 0 мм / об) – это произведение, полученное в результате умножения подачи на зуб, на количество зубьев режущего многолезвийного инструмента.

Минутная подача (S М мм / мин) – это рабочее перемещение фрезерного стола проходящего расстояние, измеряемое в миллиметрах за одну минуту. Минутную подачу можно вычислить, если умножить значение подачи на один оборот фрезы на число оборотов шпинделя или умножением подачи на зуб на число зубьев фрезы и на её обороты.

S М = S 0 × n = S Z × Z × n

Такие опции как подача, скорость резания для инструмента, глубина и ширина, задаваемая в процессе обработки, являются составляющими режимов фрезерования. Режим резания считается оптимальным при условии разумного сочетания всех его элементов обеспечивающих наибольшую производительность, экономию средств, при неизменных качественных показателях в отношении точно¬сти изделий и чистоты обработки их поверхностей.

Благодаря научному подходу для резания металлов были установлены эффективные скорости резания и подачи при условии выбора глубины и ширины при фрезеровании различных металлов и сплавов фрезами соответствующих марок. Подобные данные записаны в специальных таблицах по нормативам режимов резания.

Цель работы: Изучить методику назначения режима резания по таблицам нормативов. Ознакомиться и приобрести навыки работы с нормативами.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Фрезерование – один из самых производительных методов обработки. Главное движение (движение резания) при фрезеровании – вращательное; его совершает фреза, движение подачи обычно прямолинейное, его совершает фреза. Фрезерованием можно получить деталь точностью по 6-12 квалитету шероховатостью до Ra=0,8 мкм. Фрезерование осуществляется при помощи многозубого инструмента – фрезы. Фрезы по виду различают: цилиндрические, торцевые, дисковые, прорезные и отрезные, концевые, фасонные; по конструкции – цельные, составные и сборные.

При торцевом фрезеровании (обработка торцевой фрезой) диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования В, т.е. D=(1,25¸1,5)В.

Для обеспечения производительных режимов работы необходимо применять смещенную схему фрезерования (есть симметричная схема), для чего ось заготовки смещается относительно оси фрезы.

При цилиндрическом фрезеровании различают встречное фрезерование, – когда вектор скорости (направление вращения фрезы) направлен навстречу направлению подачи; и попутное фрезерование, когда вектор скорости и направление подачи направлены в одну сторону. Встречное фрезерование применяют для черновой обработки заготовок с литейной коркой, с большими припусками. Попутное фрезерование применяют для чистовой обработки нежестких, предварительно обработанных заготовок с незначительными припусками.

Глубина резания (фрезерования) t во всех видах фрезерования, за исключением торцевого фрезерования и фрезерования шпонок, представляет собой размер слоя заготовки срезаемой при фрезеровании, измеряемый перпендикулярно оси фрезы. При торцевом фрезеровании и фрезеровании шпонок шпоночными фрезами – измеряют в направлении параллельном оси фрезы.

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

S м = S×n= S z ×z×n

Где n – частота вращения фрезы, об/мин;

z – число зубьев фрезы.

При черновом фрезеровании назначают подачу на зуб; при чистовом фрезеровании – подачу на один оборот фрезы.

Скорость резания – окружная скорость фрезы, определяется режущими свойствами инструмента. Ее можно рассчитать по эмпирической формуле , , или выбрать по таблицам нормативов , .

Пример решения задачи.

На вертикально-фрезерном станке 6Р12 производится торцевое фрезерование плоской поверхности шириной В=80 мм, длиной l=400 мм, припуск на обработку h=1,8 мм. Обрабатываемый материал серый чугун СЧ30, НВ220. Заготовка предварительно обработана. Обработка окончательная, параметр шероховатости обработанной поверхности Ra=3,2 мкм. Необходимо: выбрать режущий инструмент, назначить режим резания с использованием таблиц нормативов, определить основное (технологическое) время.

1. Выбор инструмента.

Для фрезерования на вертикально-фрезерном станке заготовки из чугуна выбираем торцевую фрезу с пластинками из твердого сплава ВК6 или , диаметром D=(1,25¸1,5)×В=(1,25¸1,5)×80=100¸120 мм. Принимаем D=100 мм; z=10, ГОСТ 9473-71 или .

Геометрические параметры фрезы: j=60°, a=12°, g=10°, l=20°, j 1 =5°.

Схема установки фрезы – смещенная.

2. Режимы резания.

2.1 Глубина резания.

Заданный припуск на чистовую обработку срезают за один проход, тогда

2.2 Назначение подачи.

Для получения шероховатости Ra=6,3 мкм подача на оборот S 0 =1,0¸0,7 мм/об .

Тогда подача на зуб фрезы

мм/зуб.

2.3 Период стойкости фрезы.

Для фрез торцевых диаметром до 110 мм с пластинками из твердого сплава применяют период стойкости

2.4 Скорость резания, допускаемая режущими свойствами инструмента.

Для обработки серого чугуна фрезой диаметром до 110 мм, глубина резания t до 3,5 мм, подаче до 0,1 мм/зуб.

V=203 м/мин ,

С учетом поправочных коэффициентов K mv =1; K nv =1; при ; К Б V =1; K j v =1 ,

V=V× K mv × K nv × К Б V × K j =203×1=203 м/мин.

Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости резания

об/мин.

Корректируем по паспорту станка

n=630 об/мин.

Действительная скорость резания

2.5 Минутная подача S м =S z ×z×n=0,1×10×630=630 мм/мин. Это совпадает с паспортными данными станка.

3. Мощность, затрачиваемая на резание.

При фрезеровании чугуна с твердостью до НВ229, ширине фрезерования до 85 мм, глубине резания до 1,8 мм, подаче на зуб до 0,13 мм/зуб, минутной подаче до 660 мм/мин

3.1 Проверка достаточности мощности станка

Мощность на шпинделе станка N шп =N д ×h

N д =7,5 кВт; h=0,8 (по паспорту станка)

N шп =7,5×0,8=6 кВт.

Так как N шп =6 кВт >N p =3,8 кВт, то обработка возможна.

4. Основное время

где L=l+l 1 .

Для торцового фрезерования фрезой диаметром 100 мм, ширине фрезерования 80 мм

мин.

Варианты индивидуальных заданий.

Выполнить расчет режима резания по таблицам нормативов по заданному варианту.

Исходные данные приведены в таблице 1.8.

Порядок работы аналогичен предыдущим.

Таблица 1.8.