16.03.2020
При выборе режима обработки детали специалисту нужно в равной степени учитывать как производительность оборудования, так и чистоту исполнения готовой поверхности. Баланс между ними напрямую зависит от таких параметров, как скорость подачи и частота вращения шпинделя токарного или фрезерного станка.
Рассмотрим характеристики максимально подробно, ведь они особенно важны в условиях современной многозадачности техники.
В одну-единственную программу управления может быть заложена и контурная резка, и нанесение гравировки, и расширение сквозных отверстий, причем пластиковых, металлических, деревянных, композитных заготовок, различающихся между собой структурой, размерами, сопротивлению резанию. Поэтому просто необходимо грамотно регулировать входные данные – чтобы избежать обжогов, шероховатостей, преждевременного затупления рабочих кромок.
Уделим внимание всему, что связано с настройкой.
Что такое скорость и частота вращения шпинделя
Начнем с определений. В случае с подачей это динамика линейного перемещения – вала, каретки, портала – за единицу времени. Оказывает прямое влияние на объем снятия материала, поэтому ее стараются максимизировать, но так, чтобы целостность резца не подвергалась риску.
Если задать избыточное значение характеристики, такое, какое инструмент не сможет выдержать на практике, это обернется сколами на лезвии или деформацией хвостовика.
Также нужно учитывать чрезмерный нагрев: в погоне за производительностью не стоит жертвовать остротой и ресурсом кромок.
В свою очередь, частота вращения шпинделя – это то количество оборотов, которое он совершает за определенный срок. Чем она выше, тем большее количество деталей можно обработать за единицу времени, но и тем быстрее резец выходит из строя.
Почему? Потому что выделяемое в процессе гравировки или расточки тепло просто не рассеивается до конца и негативно влияет на все элементы системы в принципе.
На практике величина данного параметра автоматически регулируется встроенной электроникой – в портальном оборудовании, в том числе и с ЧПУ, в составе которого нет конструкционно сложных механических узлов (например, коробок передач).
Типы шпинделей по числу оборотов
По данному показателю все валы разделяют на 3 категории:
- Маломощные – до 0,8 кВт включительно – устанавливаются на негабаритной технике, использующейся в небольших частных мастерских для решения упрощенных бытовых задач; развивают от 3 до 9 тысяч об/мин.
- Средние – от 1,5 до 5 кВт – применимы в стандартных условиях, для обработки заготовок из дерева, пластика, мягких металлов, а также для нанесения гравировки; поддерживают от 12 до 18 тысяч об/мин.
- Высокопроизводительные – от 5 кВт и выше – предназначены для промышленного оборудования, призванного решать самые масштабные и серьезные задачи; в общем случае доходят до 24 тысяч об/мин, хотя данный показатель не всегда является безусловным плюсом – те же твердосплавные или тонкие фрезы на такой скорости изнашиваются очень быстро.
Как определить частоту вращения шпинделя
Для этого необходимо создать технологическую карту изготовления детали. Вопрос решается в 5 этапов – рассмотрим каждый из них.
Уделяем внимание исходным данным
Нужно определить следующие параметры (в том числе и конкретные значения некоторых из них):
- Тип материала заготовки – чаще всего это углеродистая сталь, но также может быть выбран чугун или цветмет; важно понимать, что от плотности и сопротивления металла (пластика, дерева) зависит усилие, прикладываемое к поверхности для снятия нужного слоя.
- Диаметр детали – разброс здесь может быть довольно серьезным, плюс, следует учитывать еще и припуски, величина которых зависит от количества проходов и того класса точности, которого требуется достигнуть. Обычно проводятся черновые, чистовые, финишные операции, каждая из которых уменьшает не только степень шероховатости, но и размер сечения предмета.
- Длина заготовки – чем она больше, тем серьезнее нагрузка на вал и на зону его крепления (хвостовик); а значит этот параметр тоже важно принимать во внимание.
- Квалитет точности и необходимая степень шероховатости – прецизионная обработка возможна только на высокой скорости и при наличии ЧПУ, идеально позиционирующего инструмент и функциональные узлы по отношению друг к другу.
Применяем формулу оборотов шпинделя
Согласно ей, частота вращения находится как:
Где:
- V – скорость резания или, другими словами, тот путь, который лезвие проходит за расчетную единицу времени, измеряется в м/мин;
- d – диаметр кромки резца, в мм;
- π – 3,14 – постоянная величина.
Свое влияние на производительность технологической операции оказывает преобразователь (облегчает изменение параметров) и инвертор (частично компенсирует потерю крутящего момента при резком замедлении вала). Но при прочих равных на первый план по степени важности выходит сечение лезвия и конструктивные особенности самого оборудования.
Выбираем инструмент и станок
Раз чрезмерная частота вращения шпинделя (из формулы и объяснений выше) убыстряет износ кромок, логично отдавать предпочтение резцу, способному выдерживать максимально большое количество оборотов.
Для этого он должен быть исполнен из износостойкого сплава или просто оставаться подходящей формы.
Например, фрезы для создания канавок продержатся дольше тех, что предназначены для создания плоских поверхностей.
Если есть такая возможность, обязательно проводите визуальный осмотр инструмента, внимательно проверяя его на отсутствие изъянов: даже мельчайшие дефекты со временем разовьются и точно убыстрят износ.
При выборе оборудования учитывайте, какие задачи оно будет решать. Нанесение резьбы требует одной производительности, сверление или формовка корпусных деталей – уже другой, блок ЧПУ может убыстрять или замедлять работу и так далее. Возможности промышленного будут отличаться о того, что предназначено для домашней мастерской, и тому подобное.
Выполняем расчет оборотов шпинделя и режима резания
Составляется технологическая карта, а уже на ее основе – необходимые чертежи с информативными таблицами. При этом частота находится путем подстановки значений в указанную формулу.
Диаметр – это известная или, по крайней мере, измеряемая величина, скорость перемещения – тоже.
Исходя из ее показателей и принимается решение о производительности, с которой будет функционировать оборудование.
Проводим заключительный этап
После этого осуществляется проверка, в ходе которой определяется:
- соответствие фактической мощности привода проектным данным;
- надежность механизма подачи в течение определенного срока;
- прочность пластинки и державки – чтобы спрогнозировать выход из строя;
- полнота сопутствующей технологической оснастки;
- время выполнения одной операции, а на его основании – себестоимость детали.
С учетом результатов пробного запуска делается вывод об эффективности и актуальности режима и устанавливается, нужно ли вносить какие-либо изменения.
Расчет скорости вращения шпинделя токарного или фрезерного станка
Зачастую происходит так, что по паспорту известно номинальное количество оборотов, но непонятно, насколько быстро лезвие оборудования проходит свой путь по заготовке. В таких случаях нужно лишь воспользоваться обратным соотношением:
Отсюда ясно, что два этих параметра взаимосвязаны, и один выражает собой другой, а значит влияет на:
- Производительность труда – повышается, если деталь получается слишком дорогой в изготовлении; однако существенно увеличить его на практике можно далеко не всегда, даже если возможности спецтехники позволяют это сделать; вы помните – эксплуатация инструмента в слишком жестком режиме приводит к его перегреву и преждевременному износу.
- Итоговую степень шероховатости поверхности – чем быстрее движется вал, тем более гладкой становится плоскость, но и тем сильнее нагрузка на лезвие, поэтому высокие обороты на практике используются не постоянно, а лишь при проведении отдельных операций, чаще всего чистовой обработки.
Распространенные ошибки при выборе режимов резания
Очень часто начинающие токари и фрезеровщики не согласовывают скорости – это оборачивается концентрацией напряжений на кромке, а значит повышает вероятность поломки инструмента в таких «критических» точках и вызывает другие проблемы.
Есть две классические ситуации:
- Максимальные обороты при медленной подаче – при этом серьезно падает качество обработки. Кроме того, резец будет не снимать стружку, а лишь давить на поверхность, сначала лишь шлифуя ее, а потом уже вызывая прижог; при этом не просто действуя вхолостую, а даже теряя в прочности, ведь будет наблюдаться отгибание кромки.
- Обратная ситуация приводит к тому, что лезвие убирает слишком много материала и вместе с тем испытывает чрезмерную нагрузку, в результате чего скалывается и оставляет царапины и другие дефекты на той плоскости, которая должна быть гладкой.
Поэтому на практике нужно проводить расчет частоты вращения шпинделя для каждой технологической операции и, на основе полученных результатов, соотносить подачу, чтобы обеспечивать не только скорость, но и точность, и безопасность процесса.
Тем более что все величины можно принимать в некотором диапазоне – всегда есть место для допусков. Помните, что длительная эксплуатация инструмента – следствие правильного подхода, тогда как неожиданная поломка – результат допущенных ошибок.
И универсальный совет – проводите обработку в несколько этапов: сначала черновую, по максимуму снимая ненужный металл, потом чистовую, более медленно, и, наконец, финишную – для шлифовки мельчайших неровностей.
Рекомендации по выбору режима резания
Рассмотрим еще несколько распространенных случаев и те стандартные и проверенные на практике решения, которые допустимо и рационально применять в данных ситуациях.
Число оборотов шпинделя токарного станка слишком велико
Даже минимальное для оборудования количество может быть чрезмерным. Чаще всего это наблюдается тогда, когда лезвием большого диаметра пытаются обработать какой-то материал повышенной прочности. Можно предпринять следующее:
- Заменить инструмент – на тот, что выполнен из твердосплавного металла и обладает покрытием, защищающим от нагрева в условиях повышенных температур.
- Взять на вооружение HSM-технологию, в соответствии с которой первый проход выполняется на всю длину кромки, а дальнейшие – лишь на четверть; это позволит убыстрить процесс производства, не повышая степень износа или вероятность возникновения поломок.
- Снизить диаметр резца, благодаря чему замедлится динамика окружного движения.
Скорость подачи слишком мала
Если привод стабильно не обеспечивает необходимую производительность труда, можно принять одно из следующих решений:
- Взять фрезу с сечением побольше – совет выглядит банальным, но на практике многие новички пренебрегают таким, казалось бы, простым решением.
- Уменьшить количество оборотов вала вплоть до тех пор, пока мощность не дойдет до нижнего предела допуска, то есть руководствоваться принципом «медленно, но верно».
- Взять инструмент, у которого меньше зубьев – актуально для вязких материалов, так как позволяет упростить отвод стружки; вместо трех заходов отдайте предпочтение одному, и тем самым увеличите подачу на резец втрое.
Налипание отходов при фрезеровании алюминиевых деталей
Данный металл отличается низкой температурой плавления и поэтому в значительном количестве остается на поверхности разогревшейся кромки. Новички часто решают этот вопрос путем замедления техпроцесса, но ведь это значительно снижает производительность труда, и выпуск заготовок обходится дороже.
Поэтому нужно поступить по-другому, а именно пересмотреть состав смазочно-охлаждающей жидкости, а если он в норме, то использовать его в большем объеме. Если оборудование в принципе не потребляет СОЖ, необходимо внедрить одно из альтернативных решений, допустим, удалять стружку вакуумным методом или периодически продувать зону контакта сжатым воздухом.
Обработка глубоких отверстий
В данную категорию попадают те, чья глубина в 6 раз больше диаметра. В этой ситуации важно не столько число оборотов шпинделя (формула его вычисления не поменялась), сколько специфика выполнения операции. Чтобы предотвратить поломку лезвия или его уход с оси, следует:
- использовать сверло с параболическими канавками, а не фрезу;
- постоянно и под давлением подавать СОЖ – смазка сможет эффективно вымывать стружку;
- периодически вынимать инструмент – как раз чтобы выполнять отвод снятого материала;
- решать задачу последовательно, в два резца разных диаметров – первую половину проходить тем, что поуже, вторую – тем, что пошире;
- убыстрить процесс – так, чтобы отходы шли непрерывной спиралью.
Как фрезеровать пазы
Для этого необходимо правильно соотнести глубину и ширину стружки с производительностью оборудования. Вы уже знаете, как рассчитать обороты шпинделя, а значит сможете без проблем вычислить скорость, обладая данными о диаметре фрезы.
Поэтому сосредоточим внимание на других закономерностях. Например, на том факте, что погружение в деталь способствует более равномерному распределению нагрузок, но оно же усиливает отгиб кромки и ухудшает отвод отходов. Ну а увеличение ширины приводит к замедлению обработки, а значит к производственным потерям.
Оптимальное сочетание в данном случае находится опытным путем: необходимо протестировать технику в самых разных режимах, и найти тот, который сможет лучше всего удовлетворять условиям выпуска. Важный момент: пробная заготовка должна быть идентична «реальной» во всем, в том числе и в материале исполнения. Только такой подход обеспечит необходимую точность результатов.
Теперь, когда вы знаете о вопросе все, вплоть до единицы измерения частоты вращения шпинделя (об/мин), можете заранее рассчитать, какая скорость нужны для выполнения актуальных технологических операций, и выбрать подходящее оборудование.
Ответственные заводы-изготовители конструируют свои станки с учетом актуальных потребностей предприятий, включая в базовую комплектацию разнообразие инструментов, решений и технологий для обработки самых разных заготовок из металла, пластика, дерева.
Именно такой подход исповедует ижевский «Сармат», в каталоге которого вы найдете сразу ряд достойных моделей – надежных, удобных в пользовании, высокопроизводительных, экономичных.
Скорость вращения шпинделя и подачи фрезерно-гравировального станка с ЧПУ: как её выбрать?
Обновлено: 28.02.2022
При составлении технологической карты токарной или фрезерной обработки специалисту нужно найти оптимальный баланс между производительностью станка и требованиями к чистоте поверхности готовой детали. Основные параметры, на которые он может повлиять — это частота вращения шпинделя и скорость подачи. Выбор режимов обработки проводится расчетным или опытным путем.
Сложность работы на портальных фрезерно-гравировальных станках состоит в их многозадачности. В одной управляющей программе может быть несколько видов обработки: контурная резка, фрезерование пазов и сквозных отверстий, гравирование.
При этом материалы — дерево, пластик и композиты, различаются сопротивлением резанию и структурой. Многие начинающие операторы сталкиваются с такими неприятными моментами как прижог, недостаточная чистота обработки, преждевременный износ режущей кромки.
Ниже мы постараемся дать общие рекомендации о настройке скорости шпинделя и подачи без сложных расчетов.
Что такое скорость вращения шпинделя и подача?
Скорость вращения — один из основных параметров шпинделя. Он выражается в оборотах в минуту (об/мин) или герцах (Гц). В портальных станках с ЧПУ не используется сложных по конструкции механических коробок передач и скорость регулируется электронными компонентами.
С увеличением скорости вращения растет производительность станка и снижается ресурс режущего инструмента. Последнее связано с выделением избыточного количества тепла, которое не успевает рассеиваться.
В результате перегрева падает твердость режущих кромок, и они теряют свою остроту.
Скорость подачи, или линейного перемещения, измеряется в миллиметрах в минуту (мм/мин) и влияет на объем снимаемого материала в единицу времени.
На портальных станках без механизма вращения заготовки регулируются скорости перемещения портала, каретки и вертикального движения шпинделя.
При составлении управляющих программ стараются задать максимально возможные подачи, при этом должно выполняться условие сохранения целостности фрезы. Избыточная скорость приводит к появлению сколов на режущих кромках поломка или деформация хвостовика.
Распространенные ошибки при выборе режимов резания
Одно из важных условий правильной работы станка — согласование скоростей вращения и подачи фрезы между собой. Некоторые начинающие станочники при выборе режимов резания допускают ошибки в попытках сохранить инструмент.
Работа на минимальных скоростях приводит к снижению качества обработки. Если величина подачи сопоставима с толщиной режущей кромки, то вместо снятия стружки фреза надавит на заготовку и будет только шлифовать ее своей поверхностью.
Чтобы понять, что в этот момент происходит с обрабатываемой поверхностью, представьте, что вы включили реверс на шпинделе, в котором зажато спиральное сверло, и пытаетесь «продавить» отверстие.
На высоких оборотах будет наблюдаться прижог обрабатываемой поверхности и режущей кромки, отгибание фрезы.
Обратная ситуация, когда при высокой подаче шпиндель работает на малых оборотах, заставит фрезу снимать слишком толстую стружку. Из-за высокой нагрузки откалываются режущие кромки, а на обрабатываемой поверхности будут оставаться заметные «следы».
Для каждой фрезерной операции существует оптимальное соотношение скоростей подачи и вращения инструмента, на которых обработка будет проходить с достаточной скоростью и точностью. Это не фиксированные величины, а диапазоны. Поломка или преждевременный износ будут наблюдаться при критической ошибке.
Обработка чаще всего состоит из двух этапов: чернового, направленного на максимальный съем материала и чистового, при котором достигается требуемая шероховатость поверхности. Для чистового прохода снижают скорость подачи при сохранении оборотов шпинделя, а в станках со сменой режущего инструмента его выполняют другой, чистовой, фрезой.
Рекомендации по выбору режимов резания
Существует несколько типичных ситуаций, при которых можно воспользоваться общими рекомендациями.
Слишком большие обороты шпинделя
Иногда минимальные обороты станка все равно оказываются слишком высокими. Обычно это наблюдается при обработке твердых материалов фрезами больших диаметров. Можно использовать следующие варианты решения:
- Заменить фрезу из быстрорежущей стали на твердосплавную, по возможности — с покрытием, которое работает при повышенных температурах.
- Уменьшить диаметр фрезы. При этом снизится окружная скорость, с которой движется режущая кромка.
- Использовать технологию HSM. Высокоскоростная обработка позволяет повысить частоту вращения шпинделя и скорость подачи без увеличения износа режущего инструмента. Первый проход выполняется на полную ширину фрезы, а все последующие — на ¼ диаметра.
Слишком малая скорость подачи
В ситуациях, когда привода перемещения не могут обеспечить требуемую скорость подачи, можно поступить следующим образом:
- Уменьшать скорость вращения шпинделя вплоть до минимально допустимой мощности.
- Использовать фрезу с меньшим количеством зубьев. Такое решение дает хорошие результаты при работе с вязкими материалами, поскольку улучшаются условия отвода стружки с обрабатываемой поверхности. Замена фрезы с 3 зубьями (заходами) на однозаходную фактически означает увеличение скорости подачи в 3 раза (на каждый зуб).
- Использовать фрезу большего диаметра.
Налипание стружки при фрезеровании алюминия
Из-за относительно низкой температуры плавления алюминий имеет свойство налипать на поверхность фрезы. Многие начинающие фрезеровщики пытаются решить эту проблему регулированием оборотов шпинделя или скоростей перемещения. В результате оптимальный для фрезы режим резания становится неоптимальным для владельца предприятия: скорость обработки оказывается слишком низкой.
Главная причина налипания стружки — недостаточная подача или неправильный состав СОЖ. Если у станка нет возможности подавать смазочно-охлаждающую жидкость, необходимо организовать вакуумное удаление стружки или продувку сжатым воздухом.
Работа с глубокими отверстиями
Если глубина отверстия в 6 и более раз превышает его диаметр, оно считается глубоким. Неопытные станочники часто сталкиваются с такими проблемами как уход инструмента с оси и его поломка. Существует несколько приемов, которые позволят выполнить обработку точно и без потерь:
- Пользоваться сверлами, а не фрезами. По возможности они должны иметь параболические канавки, которые обеспечивают лучший отвод стружки.
- Подавать СОЖ под давлением. Жидкость будет вымывать стружку из отверстия.
- По возможности производить последовательную обработку двумя сверлами с разными диаметрами: проходить половину глубины отверстия меньшим диаметром и рассверливать до чертежного. Затем пройти отверстие до конца.
- При работе одним сверлом как можно чаще вынимать его из отверстия для удаления стружки.
- Увеличить скорость подачи, чтобы стружка представляла собой непрерывную спираль.
Как фрезеровать пазы?
При фрезеровании торцов деталей и внутренних поверхностей пазов цилиндрическими фрезами важно выбрать правильное соотношение ширины и глубины снимаемого материала в соответствии с максимальными скоростными возможностями станка.
При увеличении глубины фрезерования нагрузка на канавки распределяется более равномерно, но вместе с этим наблюдается более сильный отгиб режущего инструмента. Кроме того, ухудшаются условия удаления стружки. При увеличении ширины снимаемого материала существует возможность увеличения скорости вращения шпинделя.
Однако есть некоторые граничные значения частот, при которых скорость съема материала начинает падать.
Единственный способ получения оптимального сочетания этих двух параметров — тестирование станка в разных режимах. При этом материал «пробной» и «рабочей» заготовок должен быть одинаковым.
Сотрудники компании MULTICUT посвятили много времени изучению режимов обработки разных материалов. Выбор базовой комплектации станков собственного производства выполнялся с учетом полученного опыта.
Сотрудники компании готовы оказать консультационную и практическую помощь в освоении оборудования и выборе оптимальных режимов резания. Любой желающий может поработать на действующем станке MULTICUT в демонстрационном центре и получить советы опытных мастеров.
Получить консультации и справки можно, позвонив по контактному телефону.
Расчет режимов резания (фрезеровки)
- Основными параметрами задающими режимы резания являются:
- -Частота вращения вала шпинделя (n)-Скорость подачи (S)-Глубина фрезерования за один проход
- Требуемая частота вращения зависит от:
- -Типа и характеристик используемого шпинделя-Режущего инструмента-Обрабатываемого материала
- Частота вращения шпинделя вычисляется по следующей формуле:
D – Диаметр режущей части рабочего инструмента, ммπ – число Пи, 3.14V – скорость резания (м/мин) — путь пройденный точкой (краем) режущей кромки фрезы в минуту.
Скорость резания (V) берется из справочных таблиц (См ниже).
Обращаем ваше внимание на то, что скорость подачи (S) и скорость резания (V) это не одно и то же!!!
При расчетах, для фрез малого диаметра значение частоты вращения шпинделя может получиться больше, чем количество оборотов, которое в состоянии обеспечить шпиндель. В данном случае за основу дальнейших расчетов величины (n) берется фактическая максимальная частота вращения шпинделя.
Скорость подачи (S) – скорость перемещения режущего инструмента (оси X/Y), вычисляется по формуле:
fz — подача на один зуб фрезы (мм)z — количество зубьев фрезыn — частота вращения шпинделя (об/мин)Подача на зуб берется из справочных таблиц по обработке тех или иных материалов.
Таблица для расчета режимов резания:
После теоретических расчетов по формулам требуется подкорректировать значение скорости подачи. Необходимо учитывать жесткость станка. Для станков с высокой жесткостью и качеством механики значения скорости подачи выбираются ближе к максимальным расчетным. Для станков с низкой жесткостью следует выбрать меньшие значения скорости подачи.
Глубина фрезерования за один проход (ось Z) зависит от жесткости фрезы, длины режущей кромки и жесткости станка. Подбирается опытным путем, в ходе наблюдения за работой станка, постепенным увеличением глубины резания. Если при работе возникают посторонние вибрации, получаемый рез низкого качества – следует уменьшить глубину за проход и произвести коррекцию скорости подачи.
Скорость врезания по высоте (ось Z) следует выбирать примерно 1/3 – 1/5 от скорости подачи (S).
Краткие рекомендации по выбору фрез:
При выборе фрез нужно учитывать следующие их характеристики:-Диаметр и рабочая длина. Геометрия фрезы.-Угол заточки-Количество режущих кромок-Материал и качество изготовления фрезы.Лучше всего отдавать предпочтение фрезам имеющих максимальный диаметр и минимальную длину для выполнении конкретного вида работ.
Короткая фреза большого диаметра обладает повышенной жесткостью, создает значительно меньше вибраций при интенсивной работе, позволяет добиться лучшего качества съема материала. Выбирая фрезу большого диаметра следует учитывать механические характеристики станка и мощность шпинделя, чтобы иметь возможность получить максимальную производительность при обработке.
Для обработки мягких материалов лучше использовать фрезы с острым углом заточки режущей кромки, для твердых – более тупой угол в диапазоне до 70-90 градусов.
Пластики и мягкие материалы лучше всего обрабатывать однозаходными фрезами. Древесину и фанеру – двухзаходными. Черные металлы – 3х/4х заходными. Материал и качество фрезы определяют срок службы, качество реза и режимы. С фрезами низкого качества сложно добиться расчетных значений скорости подачи на практике.
Примерные режимы резания используемые на практике.
Данная таблица имеет ознакомительный характер. Более точные режимы обработки определяются исходя из качества фрез, вида станка, и др. Подбираются опытным путем.
Полезные ссылки:
Режимы резания
Фрезерное дело С. В. Аврутин
- Создание УП в программе ArtCAM
- Выбор фрезы для станка с ЧПУ
- Новинки:
- Планшетные плоттеры (флюгерный, биговочный, осциллирующий, тангенциальный нож)
- Станки с повортным шпинделем
Скорость вращения шпинделя
Частота вращения шпинделя относится к характеристикам фрезерного станка и имеет обозначение в об/мин. Это скорость, с которой вращается шпиндель вместе с цанговым патроном и фрезой.
Шпиндели принято разделять на ременные и моторшпиндели (электрошпиндели). Первые характеризуются меньшим крутящим моментом. Конструкция классического шпинделя с ременным приводом имеет в составной части шпиндельный вал с подшипниками. Данный вал способен зажимать либо разжимать фрезу.
Мощность и динамика передаются шпинделю от наружного мотора, который инсталлирован рядом с приспособлением посредством ременной передачи. Мощность, вращающий момент и скорость шпинделя зависят от характеристик внешнего двигателя и самой ременной передачи.
За счет внешней инсталляции можно варьировать размеры мотора, тем самым изменяя обороты и мощность шпинделя, как в меньшую, так и в большую сторону. Применение шпинделей с ременной передачей возможно для задач, где требуемая скорость вращения шпинделя не превышает значение 12 000 – 15 000 об/мин.
Из минусов – это ограничение по скорости в сравнении с электрошпинделем. Также натяжение ремня формирует излишнюю нагрузку на задние подшипники шпинделя, тем самым исчерпывая их ресурс.
Электрошпиндель — это приспособление, которое имеет в своей конструкции три ключевых звена: электрический асинхронный двигатель, патрон для зажима фрезы и подшипник. Предельные частоты вращения электрошпинделей — до 180 тысяч об/мин. Эти шпиндели являются более дорогостоящими по сравнению с ременными.
Как определить количество оборотов шпинделя
По количеству оборотов, шпиндели подразделяются:
- Высокой мощности от 5 кВт и более: применяются в основном на крупногабаритных станках. Обороты составляют 12000…18000 об/мин. Предназначены для высокопроизводительных работ. Такое количество оборотов является большим минусом при работе с твёрдосплавными фрезами при фрезеровании тонкими фрезами, что существенно снижает общий КПД фрезерного станка.
- Средней мощности 1.2…5 кВт: используются во фрезерных станках средних габаритов. Применяются для фрезерования пластиков, дерева и мягких металлов. Обороты составляют 18000…24000 об/мин. Идеально подходят для мелких гравировальных работ.
- Малой мощности 0.8 кВт и менее: используются во фрезерных станках малых габаритов. Обороты составляют до 60000…70000 об/мин.
Скорость вращения вычисляется по формуле:
Формула для расчета
- , где
- d – диаметр режущей части инструмента (мм),
- П – число Пи, постоянная величина равная 3.14;
- V – скорость резания (м/мин) – это путь, пройденный точкой режущей кромки фрезы в единицу времени.
- d – диаметр режущей части инструмента (мм),
- П – число Пи, постоянная величина равная 3.14;
- V – скорость резания (м/мин) – это путь, пройденный точкой режущей кромки фрезы в единицу времени.
Если у станка есть преимущество в виде преобразователя частоты (т.е. можно с легкостью варьировать скорость вращения шпинделя), то скорость мотора выбирается исходя из выбора диаметра фрезы и материала заготовки.
Но важно знать, что при стремительном снижении скорости вращения потерю момента не миновать. В некоторой степени эта потеря возмещается инвертором благодаря функции поддержания крутящего момента при понижении скорости вращения шпинделя.
Можно использовать данные из таблицы при выборе параметров соотношения количества оборотов двигателя к диаметру фрезы:
| Диаметр фрезы | Скорость вращения |
| Свыше 25-50 мм | 18 000 об/мин |
| Более 65-75 мм | 12 000 об/мин |
| До 25 мм | 24 000 об/мин |
| Более 50-65 мм | 16 000 об/мин |
| Более 75 мм | 10 000 об/мин |
Опытным путем было установлено, что заявленные максимальные обороты в паспорте шпинделя не являются физической границей – абсолютно все высокоскоростные шпиндели без труда разгоняются до 120% от номинальных оборотов, и даже выше.
Но при этом следует помнить, что ресурс подшипников может резко снизиться. И очень быстрое вращение не всегда хорошо, так как, например, дерево при фрезеровании образует мелкую пыль, которая затирается между материалом и режущим инструментом, и начинает подгорать.
Как следствие, происходит перегрев фрезы и заготовки.
Пример влияния количества оборотов шпинделя при фрезеровании заготовки:
Обороты шпинделя при фрезеровании
Исходя из вышеизложенного, подытожим, что многоцелевого шпинделя с большим диапазоном оборотов, увы, не существует. И важно оптимальное соотношение размера, мощности и максимальных оборотов шпинделя для решения той или иной задачи.
Скорость подачи важно распределять равномерно, так как это существенно влияет на качество обработки. При вычислении оборотов шпинделя для того или иного материала необходимо обращать внимание на скорость резания и диаметр режущей части фрезы для оптимальной работы станка без погрешностей.
При «закрытом» фрезеровании, где отвод стружки затруднен (пазы, шпунты, гнезда), миновать прижогов возможно, если на порядок уменьшить частоту вращения.
Также необходимо учитывать ресурс подшипников при фрезеровании и искусственно не увеличивать число оборотов шпинделя, в зависимости от номинальных, с целью получения большей производительности.
Простой расчет скорости шпинделя
Когда мы программируем токарные или фрезерные станки с ЧПУ, расчет правильной скорости шпинделя важен для достижения хорошего качества поверхности и однородности размеров наших деталей. Это также помогает нашим инструментам прослужить дольше. Если мы сделаем большой срез слишком быстро, это может даже повредить машину.
Есть много математических расчетов в механическом цехе, в которых нам нужно быть уверенными при работе на станках, а скорость шпинделя, возможно, одна из самых важных для понимания для безопасной эксплуатации наших станков.
Давайте посмотрим, как произвести самый простой расчет скорости шпинделя токарного станка с ЧПУ.
Как рассчитать скорость шпинделя?
Расчет скорости шпинделя в британской и метрической системе
При работе в метрической или британской системе формулы немного отличаются. В метрической формуле используется 1000 для преобразования в правильные единицы, а в британской версии используется 12. В остальном уравнение такое же.
Переменные, используемые в наших уравнениях, представляют следующие значения:
N = скорость шпинделя. Это значение, на которое выводится формула. После того, как мы введем всю информацию в уравнение, нам в результате будет дана скорость шпинделя.
D = диаметр инструмента или детали. При работе на фрезерном станке в метрических или дюймовых единицах измерения, мы выдвигаем диаметр инструмента вместо буквы «D». 1000 (или 12) в верхней половине уравнения позаботятся о преобразовании его в правильные единицы. При работе на токарном станке с ЧПУ мы используем диаметр обрабатываемой детали.
Пи = 3,14159 При работе в метрической системе трех знаков после запятой более чем достаточно, чтобы дать нам точный результат, с английской системой мер мне нравится работать с 4.
V = скорость резания . Значение, которое мы используем для скорости резания, обычно определяется производством вашего инструмента и наконечников. В Интернете есть различные источники, но их следует использовать только в качестве приблизительных рекомендаций, поскольку они не предназначены для вашего конкретного инструмента. Подробнее об этом в этой статье.
1000 или 12 Эта часть уравнения преобразует ответ в метрическую или британскую систему мер, мы используем 1000 для метрических и 12 для британских расчетов.
Расчет скорости шпинделя в метрической системе
Расчет скорости шпинделя в метрической системе
Чтобы найти правильную скорость шпинделя для метрической детали, сначала нам нужно найти скорость резания. На обратной стороне коробки с инструментами с правым ножом, которые у меня есть, написано, что если мы используем инструмент из быстрорежущей стали, режущий нержавеющую сталь, то скорость резания равна 15. Итак, V = 15 в этом случае.
Единственное другое неизвестное значение, которое нам нужно вставить в формулу, — это диаметр детали, и мы сможем легко получить эту информацию путем измерения. Допустим, мы на токарном станке нарезаем вал диаметром 20 мм.
Вершина уравнения — V x 1000 или 15 x 1000, теперь мы знаем наше значение для V.
Можно сказать, что 15000 — это значение числителя.
Нижняя часть уравнения — это PI x диаметр инструмента / детали, или 3,141 X 20. Итак, теперь мы знаем, что знаменатель равен 62,82.
- Теперь, когда нашему уравнению известны значения, мы можем проводить вычисления.
- 15000 разделить на 62,82 = 241,9, округлим до 242
- Теперь мы знаем N = 242 об / мин, поэтому мы знаем, что установить скорость вращения шпинделя.
Расчет скорости шпинделя в английских единицах
- Чтобы найти правильную скорость шпинделя для британской части, все то же самое, за исключением того, что мы используем 12 вместо 1000.
- Мощность N по-прежнему указывается в оборотах в минуту.
- Мы вставляем правильную скорость резания для инструмента вместо V.
- И мы заменяем правильный диаметр (D) детали или инструмента в зависимости от того, рассчитываем ли мы скорость шпинделя для токарных или фрезерных станков.
Это вернет правильные обороты (N). Чтобы увидеть этот расчет, посмотрите видео выше.
Изменение формулы для поиска любой переменной
Если мы знаем число оборотов в минуту, но хотим найти либо диаметр инструмента, либо скорость резания, мы можем транспонировать формулу, чтобы сделать любую деталь объектом.
Загрузка...
