Режимы резания при фрезеровании

Параметры режима резания: смысл и детальный разбор

Определяющим аспектом в металлургии является верный подбор технических условий для резки, оказывающий влияние на эффективность и высокое качество изготавливаемых компонентов. Крайне важно точно настроить параметры при фрезеровании - процессе, который отличается высокой сложностью и широким распространением в сфере механической обработки. От величины вращения, подачи и глубины резки зависят нагрузки на оборудование, гладкость поверхности после обработки, размерная точность изделий, а также потребляемая мощность и затраты энергии на выполнение работы. Помимо этого, данные условия напрямую влияют на производительность работы и долговечность фрезерных станков с ЧПУ. В данном тексте мы изложим ключевые характеристики технических условий, их роль в процессе фрезерования и предложим советы для их идеального подбора.

Особенности фрезерования:

Фрезерование является методом формирования поверхностей деталей с использованием вращающегося многолезвийного инструмента, где каждое лезвие поочерёдно удаляет частицы материала. При каждом вращении инструмента, лезвия многократно взаимодействуют с материалом детали, вызывая цикличные изменения в нагрузках и трении, что придаёт этому методу особую сложность.

Трудности в фрезеровании возникают из-за нескольких причин. Прежде всего, исходные условия, такие как тип материала, его твердость и другие характеристики, форма рабочей части инструмента, его материал и покрытие, выбор СОТС (смазочно-охлаждающие средства), а также стабильность и точность оборудования (система станок-приспособление-инструмент-деталь), оказывают значительное влияние на процесс. Кроме того, множество лезвий на инструменте создаёт сложные условия взаимодействия между следами удаления материала и приводит к неравномерности в распределении напряжений. Циклическая природа метода, периодически меняющая нагрузки на каждом лезвии, влияет на процессы формирования стружки и трения.

Эти аспекты затрудняют точное предсказание сил, действующих в процессе, температуры в зоне вмешательства, качества обработанной поверхности и, как следствие, износостойкости инструмента. В результате, определение оптимальных параметров для достижения высокого качества при максимальной эффективности оказывается сложной задачей.

Параметры режима резания:

Глубина среза (t) - это вертикальное расстояние между уже обработанным и текущим рабочим участком заготовки, измеряемое в направлении, перпендикулярном последнему. Этот параметр значительно влияет на силы, возникающие во время фрезерования, и на тип взаимодействия между рабочим элементом и материалом. Увеличение этой величины приводит к росту нагрузок и температуры в зоне среза, что может вызвать ускоренный износ и повышает риск поломки оборудования. Более того, более глубокий срез часто сопровождается ухудшением качества поверхности и уменьшением точности её размеров.

С одной стороны, уменьшение глубины среза влечет за собой необходимость большего количества проходов, что, как следствие, удлиняет общее время, требуемое для завершения задачи. Поэтому, определение оптимальной глубины является компромиссом между сохранением продолжительности использования и эффективностью рабочего элемента, достижением необходимого качества обработанной поверхности и сокращением времени на выполнение. Максимально допустимая глубина устанавливается исходя из прочностных свойств материала рабочего элемента, устойчивости системы и мощности основного двигателя.

Подача (S) обозначает расстояние, которое перемещается заготовка или рабочий элемент вдоль оси движения за один цикл работы. В зависимости от направления движения, различают подачу на зуб Sz (мм/зуб) - расстояние, пройденное за время контакта одного зуба рабочего элемента, и минутную подачу Sм (мм/мин) - расстояние, пройденное за минуту в направлении подачи.

Толщина снимаемого слоя при каждом контакте режущей части определяется величиной подачи на зуб Sz. Повышение этой величины способствует увеличению производительности, но степень этого увеличения ограничена допустимыми нагрузками для данной операции. Слишком высокие значения Sz могут привести к увеличению силы воздействия, упругим деформациям системы, вибрациям, ухудшению качества поверхности и уменьшению срока службы рабочего элемента из-за более быстрого износа режущих частей. С другой стороны, чрезмерно низкая подача на зуб может нарушить непрерывность формирования стружки, вызывая вибрации, увеличение шероховатости и образование прижогов на поверхности.

Скорость реза (V) представляет собой соотношение дистанции реза к времени, необходимому для её преодоления, и измеряется как линейная скорость вращения режущего устройства. Данная характеристика указывает на темп перемещения режущего элемента относительно обрабатываемого изделия по направлению основного движения. От неё зависят интенсивность процедуры реза и генерация тепла в месте соприкосновения режущей части с материалом.

Повышение данного показателя приводит к увеличению количества тепловой энергии в зоне воздействия. Это, в свою очередь, вызывает более активные диффузионные и окислительные реакции, способствующие адгезионному износу, снижению прочности на разрыв и хрупкому разрушению режущих элементов вследствие тепловых циклов нагрева и охлаждения. Чрезмерно высокие температуры могут привести к недопустимо быстрому выходу из строя режущего устройства и ухудшению характеристик поверхности из-за образования прижогов и увеличения шероховатости.

С другой стороны, чрезмерно низкий показатель не желателен из-за усиления трения и ускоренного износа по задней стороне режущей части. Также, снижение данной величины ведет к уменьшению эффективности выполнения задач.

Определение идеальной величины производится на основе физических и механических характеристик материала, подлежащего обработке и используемого оборудования, типа выполнения работ (предварительное или окончательное) и использования системы охлаждения. Для разнообразных комбинаций этих элементов справочные материалы предлагают диапазоны допустимых значений, обеспечивающих достаточный срок службы устройства и качество выполнения работ.

В дополнение к основным настройкам при механической обработке металлов, не менее значимы дополнительные манипуляции, такие как подход и отход устройства, его погружение в материал и перемещение к новому участку.

Скорость погружения Vвр - это радиальное передвижение устройства при начале работы с заготовкой. Повышенные параметры этой характеристики способствуют усиленным ударным воздействиям на устройство, что может привести к его быстрому износу и поломке. Для грубой фазы работы рекомендуемые значения Vвр находятся в диапазоне (0,05...0,2)V, а для тонкой - (0,01...0,05)V.

Параметры подхода Vпод и отхода Vотв устройства зависят от технических характеристик оборудования и конструкции используемого приспособления. Обычно их стараются максимизировать для уменьшения времени, необходимого на вспомогательные операции.

Параметр перемещения Vпер, представляющий собой быстрое перемещение устройства после завершения работы в одном месте и подхода к другому, также зависит от конструкции оборудования.

Адекватный выбор дополнительных манипуляций способствует уменьшению времени, затрачиваемого на цикл работы, и увеличению эффективности механической обработки.

Так, настройка параметров механической обработки является комплексной задачей, включающей в себя множество аспектов. Для ее решения применяются различные методы, включая теоретические знания, советы из научной литературы, практический опыт и программное обеспечение.

Рекомендации по выбору режима резания:

1. Определите требуемую глубину резания t из размеров обработки и конструктивных особенностей детали. Оцените максимально допустимую глубину резания, исходя из прочности фрезы, жесткости системы СПИД и мощности станка.
2. Выберите из рекомендованных для данной операции значений начальную подачу на зуб Sz. При черновой обработке Sz обычно составляет (0,05...0,2)D, а при чистовой (0,02...0,04)D, где D - диаметр фрезы в мм.
3. Определите скорость резания V, м/мин в зависимости от обрабатываемого и инструментального материалов, применения СОТС и вида обработки (черновая или чистовая) по справочным данным. Для черновой обработки берется нижняя граница рекомендованного диапазона.
4. Рассчитайте число оборотов шпинделя n, об/мин по формуле: n=1000V/πD.
5. Проверьте получившуюся при данных n и Sz минутную подачу Sm=nzSz, где z - число зубьев фрезы. Если Sm превышает максимальную подачу станка, следует уменьшить n или Sz.
6. В процессе обработки контролируйте износ инструмента, при его стабильном состоянии можно постепенно увеличивать подачу в 1,2-1,5 раза и скорость резания в 1,1-1,2 раза относительно первоначальных режимов.
7. При переходе к чистовой обработке уменьшите глубину резания t, увеличьте скорость резания V до верхней границы диапазона и снизьте подачу Sz.
8. Выберите оптимальные скорости вспомогательных движений: врезания Vвр=(0,05...0,2)V для черновой и (0,01...0,05)V для чистовой обработки, подвода Vпод и отвода Vотв максимально допустимые, перебазирования Vпер - по кинематике станка.

В заключение хотелось бы еще раз подчеркнуть крайнюю важность подбора оптимальных режимов резания, особенно при сложном процессе фрезерования. Правильно выбранные параметры обеспечивают максимальную производительность при требуемом качестве и экономии дорогостоящего инструмента. Использование чрезмерно жестких режимов приводит к поломкам фрез, браку деталей и простоям оборудования. Слишком "мягкие" режимы существенно снижают производительность, повышая себестоимость обработки. Именно поэтому определение оптимальных режимов резания требует опыта технолога, обширных знаний о процессах резания, учета многочисленных факторов, использования современных методик, рекомендаций производителей и специализированных программных систем расчета режимов резания для фрезерных операций.