Режимы резания при фрезеровании: формулы и таблица расчетов

О чем речь? Режимы резания при фрезеровании – совокупность параметров, которые определяют скорость и качество обработки материала. К ним относятся скорость, подача, глубина реза.

На что обратить внимание? Выбор оптимальных режимов резания позволяет достичь требуемой точности и качества обработки, а также повысить производительность фрезерования. Необходимо учитывать тип инструмента, материал заготовки, требования к качеству.

Суть фрезерования

Процесс заключается в удалении с заготовки верхнего слоя материала за счет вращающейся фрезы. Инструмент подводят к поверхности детали строго в тех точках, где нужно сделать паз, отверстие и т. д. Обработка деталей при фрезеровании производится в разных режимах резания. При этом формируется стружка, которая отводится из рабочей зоны в определенную сторону.

Технология фрезерования позволяет выполнять обдирочную, черновую и чистовую обработку. В отдельных ситуациях на станке проводится доводка, обработка канавок, сверление отверстий, нарезка зубьев и резьбы, гравировка. Каждая операция – с помощью фрезы соответствующего вида в определенном режиме резания (скорость вращения и подачи, а также глубина).

Почему важен расчет режимов резания при фрезеровании

Для эффективного выполнения операций по обработке заготовок важно грамотно подобрать режимы резания при фрезеровании на станках. Этот аспект влияет не только на качество готового изделия, но и на срок службы оборудования и инструмента. Параметры режима указываются в технологической карте для конкретной продукции. Если он выбран неправильно, при работе появятся нехарактерные шумы (писк, звон и др.). Фреза может быстро затупиться или сломаться.

Фото: kolvas / Freepik

Учитывая важность данного фактора, расчет и выбор оптимального режима фрезерования на любой стадии обработки следует поручать опытному специалисту, имеющему нужные знания и навыки. Данные параметры определяют на основании комплекса разных аспектов и показателей. Прежде всего, нужно учесть особенности инструмента и обрабатываемого материала.

Назначение режимов резания при фрезеровании может осуществляться на основании данных каталогов производителей станков. Но такой подход не всегда позволяет выбрать оптимальные параметры обработки конкретного изделия. Этот момент связан с рядом причин:

• Некоторые безответственные производители оборудования в технической документации могут указывать параметры работы станков, которые на 20–40 % выше реальных. Делают они это для получения ложных преимуществ у потенциальных покупателей ЧПУ-фрезеров.
• Производители не имеют достаточного опыта выполнения реальных работ с фрезами на разных материалах.
• Оператор может не иметь в нужный момент доступа к каталогу производителя станка.

Читайте также

«Лазерная очистка металла от ржавчины: принцип работы, преимущества, характеристики оборудования»

Подробнее

Оптимально, учитывая приведенные выше обстоятельства, использование специальных методик расчета режимов резания при фрезеровании концевыми или другими фрезами. Для этого применяют специальные формулы и справочные таблицы. В эпоху цифровизации расчет режимов можно выполнить с помощью специального ПО: CAD/CAM-систем. При этом ниже риск ошибок.

Важные элементы режимов резания при фрезеровании

Скорость резания

Это один из основных параметров, который учитывается при выборе режима фрезерования. Скорость резания влияет на величину снимаемого слоя материала с учетом размеров готового изделия. Обычно для каждого этапа обработки этот показатель является постоянным. При определении нужного параметра учитываются плотность и твердость материала заготовки.

[sgInset53]

Особенности подбора скорости резания при фрезеровании:

• Обработка заготовок из нержавейки производится на скорости от 45 до 95 м/мин. Выбор режимов резания при фрезеровании стали осуществляется, прежде всего, исходя из состава материала.
• Сплавы бронзы не отличаются высокой твердостью. При обработке таких материалов скорость резания можно увеличить. Для фрезерования медных сплавов показатель составляет 90–150 м/мин. Обработка бронзы может выполняться с помощью станков ограниченного перечня.
• Довольно низкой твердостью, даже в сравнении с бронзой, отличается латунь. На фрезерном оборудовании из ее сплавов производят широкий перечень запорной арматуры и разных клапанов.

Учитывая низкую твердость латуни, при ее фрезеровании на станках с ЧПУ можно применять режимы резания с более высокими скоростями: 130–320 м/мин.

• Фрезерования сплавов алюминия выполняется на скоростях 200–420 м/мин. Материал отличается высокой пластичностью, поэтому его обработка должна производиться очень аккуратно, чтобы избежать брака готовой продукции.

Скорость вращения фрезы влияет на широкий перечень показателей работы станка:

• Качество поверхности.

Для финишной фрезерной обработки выбирают максимальные обороты шпинделя. В таком режиме резания формируется мелкая стружка, которая может далеко отлетать от станка. А за счет высокой скорости вращения фрезы обеспечивается низкая шероховатость поверхности (для изделий из металла можно получить и зеркальную).

Фото: Andrei Armiagov / Freepik

Черновая обработка заготовок производится в других режимах резания. Скорость вращения фрезы в этом случае будет невысокой, а стружка получается среднего и крупного размера.

• Производительность.

Логично, что на высоких скоростях обработка заготовок происходит быстрее, но это не должно отражаться на качестве готового изделия. При выборе режима резания нужно находить компромисс между производительностью и качественными параметрами. Именно поиск таких решений обеспечивает оптимальные условия работы станка.

• Скорость изнашивания фрезы.

На высоких скоростях увеличивается сила трения режущей кромки инструмента, который соприкасается с твердым материалом заготовки. В результате фреза сильно нагревается и быстрее изнашивается. Это влияет на эффективность обработки и точность размеров продукции.

Читайте также

«Лучшая марка стали: какую и для чего выбрать»

Подробнее

Для его устранения фрезерное оборудование с мощным шпинделем оснащают производительными системами, которых подают смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) в зону резания.

Глубина резания

Все параметры обработки деталей на фрезерном станке тесно связаны между собой. С учетом таких связей и подбирается оптимальный режим. Особое внимание при фрезеровании уделяется глубине резания. Это толщина слоя материала, удаляемого за один проход. Параметр напрямую зависит от свойств материала заготовки и типа обработки. При черновом фрезеровании, как правило, выбирается большая глубина и снижается скорость резания.

При чистовой обработке происходит обратное. Используется высокая скорость резания и малая глубина.

При выборе глубины резания кроме вида обработки следует учесть еще ряд условий:

• Материал заготовки. Чем выше его твердость и плотность, тем меньше должен быть показатель глубины фрезерования.
• Особенности конструкции детали и форма.
• Параметры фрезерного станка: мощность, производительность и т. д. Особенно важен первый параметр оборудования с ЧПУ.
• Характеристики и конструкция фрезы. Размеры режущей зоны инструмента могут варьироваться, что влияет на особенности его работы в процессе срезания материала.

Следует отдельно отметить специфику создания пазов.

Фото: Andrei Armiagov / Freepik

Для этой операции, которая, как правило, выполняется вслед за чистовой обработкой, применяются специальные фрезы. При этом глубина резки может быть достаточно большой.

Подача на зуб

Данный параметр указывается в миллиметрах. Он определяет перемещение обрабатываемой детали относительно фрезы. На показатель влияет вид и производительность обработки, объем снимаемого за один проход слоя. Подача на зуб, в отличие от обычной, имеет отношение к фрезе и определяет величину перемещения заготовки относительно одного зубца за один оборот режущего инструмента.

При выборе режима резания при фрезеровании данный параметр рассчитывается по формуле:

S = fz × z × n,

где:

• fz – подача на зуб;
• z – число зубов фрезы;
• n – количество оборотов шпинделя.

Читайте также

«Виды и марки стали листового проката»

Подробнее

Существует непосредственная связь скорости резания и подачи на зуб. Увеличение второго показателя сопровождается снижением первого. Это связано с тем, что при большой толщине снимаемого слоя за проход возрастает осевое давление на фрезу. Использование высоких значений подачи и скорости резания повышает вероятность преждевременного износа, разрушения инструментов. Фреза быстрее выходит из строя.

При уменьшении величины подачи на зуб растет скорость обработки. Высокие обороты шпинделя позволяют снизить шероховатость поверхности. Опыт показывает, что при фрезеровании твердых материалов оптимальная величина подачи на зуб составляет от 0,1 до 0,25 мм/зуб.

Ширина реза

Это еще один важный параметр для выбора эффективного режима резания на фрезеровальном станке.

Приведем основные особенности данного показателя:

• Ширина фрезерования зависит от диаметра инструмента.
• Повышение ширины резания приводит к увеличению количества материала, удаляемого за один проход. Меняя ее показатель, можно быстрее выполнить операцию (к примеру, вырезать канавки небольшой глубины).

Важно учитывать, что для грамотной настройки режимов резания при фрезеровании специалист должен иметь соответствующий опыт.

Фото: Andrei Armiagov / Freepik

Таблицы и расчеты полезны, но только практическая работа с конкретной моделью оборудования и различными материалами позволит получить навыки быстрого выбора оптимальных параметров.

Как рассчитать режимы резания при фрезеровании

Перечислим основные показатели, определяющие их:

• скорость вращения шпинделя (n);
• скорость подачи (S);
• глубина резания за один проход.

Читайте также

«Соединение фланцев шпильками: правила и особенности»

Подробнее

При выборе частоты вращения шпинделя нужно учесть:

• вид и свойства фрезы;
• тип и параметры рабочего шпинделя;
• характеристики материала заготовки.

Для расчета частоты вращения шпинделя применяется формула:

n = 1000 × V ÷ π × D (об/мин).

где:

D – диаметр режущей зоны фрезы (мм);

π – ≈3.14;

V – скорость резания (м/мин). Это расстояние, которое проходит точка на режущей кромке инструмента за минуту. Показатель V нужно найти в справочных таблицах.

В процессе вычисления частоты вращения при работе с фрезами небольшого диаметра можно получить показатель, который не сможет обеспечить шпиндель конкретного станка. В такой ситуации в качестве «n» выбирают максимально возможные обороты.

Скорость подачи (S) указывается для движения фрезы по оси X/Y. Для ее определения используется формула:

S = fz × z × n (мм/мин),

где:

• fz – подача на 1 зуб режущего инструмента (мм);
• z – число зубьев;
• n – частота вращения шпинделя (об/мин).

Показатель fz нужно выбрать из справочных таблиц для конкретного материала заготовки.

Таблица режимов резания при фрезеровании

Материал заготовки	Скорость резания (V), м/мин	Подача на зуб (fz), мм С учетом диаметра фрезы d
		0.5 мм	1-2 мм	3-4 мм	5-6 мм	8-10 мм
Пластмасс	300–400	0.02	0.06	0.15	0.20	0.30
Оргстекло	100–150	0.02	0.05	0.10	0.18	0.25
Древесина	200–450	0.02	0.035	0.055	0.09	0.12
Алюминий твердый, латунь, бронза, медь	120–250	0.01	0.02	0.03	0.04	0.07
Алюминий мягкий	120–500	0.01	0.03	0.04	0.05	0.08
Магний	150–300	0.01	0.02	0.035	0.04	0.075
Сталь	35–50	0.005	0.01	0.015	0.02	0.03
Чугун	40–60	0.005	0.015	0.02	0.03	0.04
Титан	20–30	0.005	0.01	0.02	0.03	0.04

Вслед за выполнением вычислений с использованием указанных формул нужно изменить показатель скорости подачи (с учетом жесткости станка). При работе на фрезере с высоким уровнем жесткости и качественной механикой данный параметр должен приближаться к максимальным величинам, полученным в ходе расчетов.

Для определения глубины резания за 1 проход фрезы (ось Z) нужно учесть жесткость станка и режущего инструмента, а также длину режущей кромки. Этот показатель выбирают опытным путем, при анализе работы станка. При этом глубину фрезерования надо плавно поднимать.

При появлении посторонних вибраций в процессе обработки или если формируется некачественный рез, этот показатель нужно снизить и скорректировать скорость подачи.

Фото: Andrei Armiagov / Freepik

Скорость врезки по оси Z должна быть в диапазоне 1/3–1/5 от скорости подачи (S).

Часто задаваемые вопросы о режимах резания при фрезеровании

Как подбирают глубину резания заготовок?

Данный параметр демонстрирует толщину снимаемого слоя материала за один проход фрезы. Для изделий, где необходима повышенная точность обработки, глубину резания снижают. К примеру, если на стадии черновой обработки за один проход фрезы может сниматься до 8 мм, то при финишной этот показатель не может быть более 1 мм.

Как определяют подачу?

Этот параметр выбирают с учетом стадии фрезерования (черновая/финишная). На этапе чистовой обработки возрастают требования к качеству.

Читайте также

«Что такое метизы и где их применяют»

Подробнее

При черновом фрезеровании подачу выбирают с учетом жесткости заготовки, фрезы, параметров станка, характеристики материалов изделия и инструмента, угла заточки рабочей кромки, мощности оборудования и т. д.

Какое влияние оказывает качество поверхности изделия на выбор режима резания?

Если на обрабатываемой заготовке присутствуют остатки литья, окалины или есть посторонние загрязнения, глубина фрезерования должна увеличиваться. Если снимаемый за один проход слой материала будет очень тонким, зуб фрезы может проскальзывать, что приведет к ускоренному истиранию режущей кромки и дефектам на поверхности изделия.

Какая связь между скоростью резания и подачей на зуб при фрезеровании?

Рост последней сопровождается снижением первой. Это обусловлено повышением осевой нагрузки на фрезу при увеличении толщины материала, снимаемого за один проход.

Параметры (подача, скорость резания, частота вращения фрезы, заготовки и т. д.) для разных материалов должны перенастраиваться.

Изображение в шапке статьи: Andrei Armiagov / Freepik