Выбор параметров режима резания фрезеровании. Режимы резания в зависимости от материала и используемой фрезы

Расчет режимов резания при фрезеровании Методические рекомендации

Часть I - торцовое фрезерование

В части I методических указаний даны общие теоретические сведения о фрезеровании, изложена последовательность операций по расчёту режима резания при торцовом фрезеровании на основе справочных данных. Методические указания могут быть использованы при выполнении домашнего задания, в курсовом и дипломном проектировании студентами факультетов ТС в АПК, ПРИМА и Инженерно-педагогического, а также при проведении практических и научно-исследовательских работ.

Рис.9, табл.ХХ, список библ. - ХХ наименований.

1.1. Элементы теории резания

Фрезерование является одним из наиболее распространённых и высокопроизводительных способов механической обработки резанием. Обработка производится многолезвийным инструментом - фрезой.

При фрезеровании главное движение резания D r - вращение инструмента, движение подачи D S - перемещение заготовки (Рис. 1.), на карусельно - фрезерных и барабанно-фрезерных станках движение подачи может осуществляться вращением заготовки вокруг оси вращающегося барабана или стола, в отдельных случаях движение подачи может осуществляться перемещением инструмента (копировальное фрезерование).

Фрезерованием обрабатываются горизонтальные, вертикальные, наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенностью процесса резания при фрезеровании является то, что зубья фрезы не находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью всё время. Каждое лезвие фрезы последовательно вступает в процесс резания, изменяя толщину срезаемого слоя от наибольшей к наименьшей, или наоборот. Одновременно в процессе резания могут находиться несколько режущих кромок. Это вызывает ударные нагрузки, неравномерность протекания процесса, вибрации и повышенный износ инструмента, повышенные нагрузки на станок.

При обработке цилиндрическими фрезами (режущие кромки расположены на цилиндрической поверхности) рассматривается два способа обработки в зависимости от направления движения подачи заготовки:

Встречное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, противоположно направлению движения подачи;

Попутное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, совпадает с направлением движения подачи.

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума, силы, действующие на заготовку, стремятся оторвать её от стола, а стол поднять. Это увеличивает зазоры в системе СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь), вызывает вибрации, ухудшает качество обработанной поверхности. Этот способ хорошо применим для обработки заготовок с коркой, производя резание из-под корки, отрывая её, тем самым значительно облегчая резание. Недостатком такого способа является большое скольжение лезвия по предварительно обработанной и наклёпанной поверхности. При наличии некоторого округления режущей кромки она не сразу вступает в процесс резания, а поначалу проскальзывает, вызывая большое трение и износ инструмента по задней поверхности. Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем больше относительная величина проскальзывания, тем большая часть мощности резания расходуется на вредное трение.

При попутном фрезеровании этого недостатка нет, но зуб начинает работу с наибольшей толщины срезаемого слоя, что вызывает большие ударные нагрузки, однако исключает начальное проскальзывание зуба, уменьшает износ фрезы и шероховатость поверхности. Силы, действующие на заготовку, прижимают её к столу, а стол - к направляющим станины, что уменьшает вибрации и повышает точность обработки.

Скорость резания, v c ​

Окружная скорость перемещения режущей кромки относительно заготовки.

Эффективная или фактическая скорость резания, v e

Окружная скорость на эффективном диаметре резания (DC ap ). Это значение необходимо для определения режимов резания при фактической глубине резания (a p ). Это особенно важно при использовании фрез с круглыми пластинами, фрез со сферическим концом и всех фрез с большим радиусом при вершине, а также фрез с главным углом в плане менее 90 градусов.​

Частота вращения шпинделя, n

Число оборотов фрезы, закрепленной в шпинделе, совершаемое за минуту. Этот параметр связан с характеристиками станка и вычисляется на основе рекомендованной скорости резания для данной операции.

Подача на зуб, f z

Параметр для расчёта минутной подачи. Подача на зуб определяется исходя из рекомендуемых значений максимальной толщины стружки.

Подача на оборот, f n

Вспомогательный параметр, показывающий, на какое расстояние перемещается инструмент за один полный оборот. Измеряется в мм/об и используется для расчёта минутной подачи и нередко является определяющим параметром в отношении чистовой обработки.

Минутная подача, v f

Её также называют скоростью подачи. Это скорость движения инструмента относительно заготовки, выражаемая в пройденном пути за единицу времени. Она связана с подачей на зуб и количеством зубьев фрезы. Число зубьев фрезы (z n ) может превышать эффективное число зубьев (z c ), то есть количество зубьев в резании, которое используется для определения минутной подачи. Подача на оборот (f n ) в мм/об (дюйм/об) используется для расчёта минутной подачи и нередко является определяющим параметром в отношении чистовой обработки.

Максимальная толщина стружки, h ex

Этот параметр связан с подачей на зуб (f z ), шириной фрезерования (a e ) и главным углом в плане (k r ). Толщина стружки – важный критерий при выборе подачи на зуб для обеспечения наиболее высокой минутной подачи.

Средняя толщина стружки, h m

Полезный параметр для определения удельной силы резания, используемой для расчёта потребляемой мощности.​

Скорость съёма металла, Q (cм 3 /мин)

Объём снятого металла в кубических миллиметрах в минуту (дюйм 3 /мин). Определяется на основе глубины и ширины резания и подачи.

Удельная сила резания, k ct

Постоянная материала, используемая для расчёта мощности и выражаемая в Н/мм2

Время обработки, T c (мин)

Отношение обрабатываемой длины (l m ) к минутной подаче (v f ).​

Потребляемая мощность, P c и КПД, η mt

Методы фрезерования: определения

Линейное врезание

Одновременное поступательное перемещение инструмента в осевом и радиальном направлениях.

Круговая интерполяция

Перемещение инструмента по круговой траектории при постоянной координате z.

Круговое фрезерование с врезанием под углом

Перемещение инструмента по круговой траектории с врезанием (винтовая интерполяция).

Фрезерование в одной плоскости

Фрезерование с постоянной координатой z.

Фрезерование с точечным контактом

Неглубокое радиальное врезание фрезами с круглыми пластинами или сферическим концом, при котором зона резания смещается от центра инструмента.

Профильное фрезерование

Формирование повторяющихся выступов при профильной обработке поверхностей сферическим инструментом.

Это расстоение, которое проходит фреза за время работы одного зуба (за один оборот для однозаходных фрез, пол-оборота для двухзаходных, треть - для трёхзаходных и т. д.). Параметр наглядно представляет нагрузку режущей кромки.

fмин = z * fz * n,

где fмин - минутная подача (мм/мин), z - количество зубьев фрезы, fz - подача на зуб, n - частота вращения шпинеля.

Некоторые производители фрез (например, Onsrud и Belin) указывают рекомендованные значения подачи на зуб для каждого инструмента, что очень и очень удобно. Но если Вам неизвестен этот параметр, можно ориентироваться на диапазон 0,05-0,2 мм: обычно адеквартные значения fz лежат в этих пределах (для резки неметаллических материалов). Помните: слишком низкие подачи вызывают горение фрезы, а высокие - её поломку.

Пример. Выбираем fz = 0,12 мм для двухзаходного инструмента и считаем минутную подачу: fмин = 2 зуба * 0,12 мм * 18000 об./мин = 4320 мм/мин. Готово:-)

Комментарии

Дмитрий Мирошниченко 27 Мар 2019, 11:32

Николай, фанеру можно резать любым инструментом из соответствующего раздела на сайте: https://сайт/vybrat/fanera/. Диаметр фрезы обычно выбирается в диапазоне 0,3-1 части от толщины материала. Режимы на каждом станке разные, зависят от многих факторов. В целом, диапазон подач по фанере часто лежит в пределах 0,1-0,25 мм/зуб..

Дмитрий Мирошниченко 27 Мар 2019, 11:20

Что касается фрезы 63-610, то все режимы, которые даёт производитель, указаны на странице инструмента: https://сайт/frezy/onsrud-63-610/. Там нет режимов для алюминиевых композитных панелей, поэтому рекомендовать ничего не могу. Скажу только, что эти панели режут только в путь почти любой фрезой. Подачи часто выставляют в 2-4 раза выше 3-х тысяч мм/мин с оборотами, близкими к максимальным для диаметра. Материал редко доставляет проблемы, надо экспериментировать на своём станке, со своими панелями, чтобы придти к оптимальному режиму.

Скорость резания v м/мин. У фрезерных и расточных станков окружная скорость рассчитывается для наиболее удаленных от оси точек режущих кромок инструмента. Окружная скорость определяется по формуле

где π = 3,14; D — наибольший диаметр обработки (наибольший диаметр фрезы), мм; n — число оборотов в минуту.

Выбор оптимального значения скорости резания производится по справочникам с помощью специальных нормативных таблиц в зависимости от свойств обрабатываемого материала, конструкции и материала инструмента после того, как уже выбрана глубина резания и величина подачи. Величина скорости резания влияет на износ инструмента. Чем выше скорость резания, тем больше износ. Если, например, скорость резания при фрезеровании увеличивается всего лишь на 10%, износ фрезы увеличивается на 25—60% и соответственно уменьшается стойкость фрезы.

Рис. 25. : h — величина износа

Под стойкостью понимается время в минутах, в течение которого инструмент может работать без переточки. Переточка должна быть произведена при достижении предельно допустимого износа. Износ заметен на глаз. Он наблюдается на задней грани инструмента в виде полоски разрушенного материала шириной h (рис. 25). Ширина изношенной фаски h обычно допускается для чистовых работ не более 0,2—0,5 мм, для грубых обдирочных работ — 0,4—0,6 мм, для твердосплавного инструмента—1—2 мм. Если допустить большой износ, то при переточке нужно много сошлифовать с инструмента материала, что неэкономично. Если перетачивать инструмент при малом износе, тогда чаще надо отдавать его на переточку, что тоже невыгодно.

Скорость резания выбирается такой, чтобы оптимальный износ наступал через определенное время и стойкость инструмента находилась в определенных пределах. Например, для цилиндрической фрезы диаметром 90— 120 мм стойкость при нормальной работе должна быть равна 180 мин. Для других типов инструментов стойкость выбирается иной.

Таблица 6 Значения скорости резания при точении и растачивании углеродистых сталей резцами из быстрорежущей стали

В табл. 6 приводятся данные для определения скорости резания при точении и растачивании конструкционных углеродистых сталей резцами из быстрорежущих сталей марок Р9 и Р18 при работе с охлаждением.

Стрелками показано нахождение значения скорости растачивания при глубине резания t = 3 мм и подаче s = 0,76 мм/об. Найденное табличное значение скорости v рез =33 мм/мин, следует умножить на поправочные коэффициенты. Например, при работе без охлаждения данное значение v рез нужно умножить на 0,8, если обрабатываемый материал представляет собой прокат с коркой — на 0,9, если поковка — на 0,8, а если прокат без корки, поправочный коэффициент равен 1,0.

Значения поправочных коэффициентов, учитывающих различные значения угла в плане режущего инструмента и его стойкость, приведены в табл. 7, 8.

Таблица 7

Таблица 8 Поправочный коэффициент для различных значений стойкости инструмента

В зависимости от прочности и твердости обрабатываемого материала коэффициент выбирается по табл. 9.

В нашем случае скорость резания оказалась равной 33 м/мин при условии, что у резца угол в плане φ=45°, стойкость резца выбрана равной 60 мин при обработке углеродистой стали с содержанием углерода C ≤ 0,6% при твердости около 220 НВ.

Таблица 9

Скорость резания зависит также от материала инструмента. В настоящее время широко применяются для инструмента быстрорежущие стали и твердые сплавы. Поскольку эти инструментальные материалы дорогие, из них делают лишь пластины. Пластины припаивают, либо приваривают к корпусу инструмента, изготовленного обычно из конструкционных сталей. Применяют также способы механического крепления твердосплавных пластин. Механическое крепление пластин выгодно потому, что при достижении предельного износа режущей кромки подвергается замене лишь пластина, а корпус инструмента сохраняется.

Для приближенных расчетов можно считать, что скорость резания при твердосплавном инструменте в 6—8 раз выше, чем при инструменте из быстрорежущей стали. Табличные данные для определения скорости резания при работе торцовыми фрезами даны в табл. 10.

Зададимся исходными данными: обрабатываемый материал — сталь марки 30ХГТ; глубина резания t=1 мм; подача на 1 зуб s z =0,1 мм; отношение диаметра фрезы к ширине обработки D/b ср =2; стойкость фрезы 100 мин.

Скорость резания при фрезеровании торцовыми фрезами v м/мин:

v=v табл * K 1 * K 2 * K 3 ,

где v табл — табличное значение скорости резания; K 1 — коэффициент, зависящий от отношения диаметра фрезы D к ширине обработки; K 2 — коэффициент, зависящий от материалов фрезы и обрабатываемой детали; К 3 — коэффициент, учитывающий стойкость фрезы, изготовленной из различных материалов.

Значения v табл и К 1 представлены в табл. 10, а коэффициентов К 2 и К 3 — в табл. 11 и 12.

Таблица 10 Значения K 1 , и скорости резания для торцового фрезерования в зависимости от материала фрезы, отношения диаметра фрезы к ширине обработки, глубины резания и подачи на зуб

По табл. 10 найдем скорости резания для материала инструмента: из быстрорежущей стали — 52 м/мин, из твердого сплава— 320 м/мин.

При соотношении диаметра фрезы D к ширине обработки b, равном 2, коэффициент K 1 = 1,1.

Из табл. 11 против марки стали обрабатываемой детали 30ХГТ найдем для быстрорежущей стали поправочный коэффициент 0,6, а для твердого сплава—0,8.

Из табл. 12 видно, что для торцовой фрезы при стойкости 100 мин как для быстрорежущей стали, так и для твердого сплава поправочный коэффициент К 3 равен 1,0.

Подставим найденные значения в формулу скорости резания и найдем требующиеся нам значения.

v быстрореж = 52 * 1,1 * 0,6 * 1,0 = 34,32 м/мин;

v тв.сплав = 320 * 1,1 * 0,8 * 1,0 = 281,6 м/мин;

Разделим полученные значения друг на друга и увидим, что применение фрезы, оснащенной твердым сплавом, позволяет увеличить скорость резания в сравнении с фрезой из быстрорежущей стали примерно в 8,2 раза.

По величинам силы резания и скорости резания определяется эффективная мощность резания, расходуемая на срезание стружки. Для определения мощности резания пользуются формулой

N рез = (P ок *v*0,736)/(60*75) кВт,

где P ок — окружная сила резания (она же сила резания P z), кгс; v— скорость резания, м/мин.

Таблица 11 Коэффициент К 2 , зависящий от материала инструмента и материала обрабатываемой детали

Таблица 12 Коэффициент К 3 для фрез из различных материалов при равной стойкости

Обычно в механизмах станка 15—25% мощности электродвигателя тратится на преодоление сил трения, а 75—85% расходуется на резание. Отношение мощности, затраченной на резание N рез, к мощности, потребляемой электродвигателем станка N э.д. , характеризует коэффициент полезного действия η:

η = N рез / N э.д

Если (выразить значения N рез и N э.д. через проценты, то получим значение коэффициента полезного действия станка. Например, если N рез =75% от N э.д. , а N э.д. = 100%, то η = 75% / 100% = 0,75

Требуемая общая мощность привода станка может быть определена по формуле N э.д. = (P z (кгс) * v(м/мин) * 0,736) / (60 * 75 * η) кВт.

Исходя из режимов резания, определяется мощность привода станка или при обработке деталей на станке проверяется соответствие выбранных режимов мощности установленного на станке электродвигателя.

К атегория:

Фрезерные работы

Выбор рациональных режимов фрезерования

Выбрать рациональный режим фрезерования на данном станке означает, что для данных условий обработки (материал и марка заготовки, ее профиль и размеры, припуск на обработку) надо выбрать оптимальный тип и размер фрезы, марку материала и геометрические параметры режущей части фрезы, смазочно-охлаждаю-щую жидкость и назначить оптимальные значения следующих параметров режима резания: В, t, sz. v, п, Ne, Тм.

Из формулы (32) следует, что на объемную производительность фрезерования параметры В, t, sz и v оказывают одинаковое влияние, так как каждый из них входит в формулу в первой степени. Это означает, что при увеличении любого из них, например, в два раза (при прочих неизменных параметрах) объемная производительность увеличится также в два раза. Однако на стойкость инструмента указанные параметры оказывают далеко не одинаковое влияние (см. § 58). Поэтому с учетом стойкости инструмента выгоднее прежде всего выбирать максимально допустимые значения тех параметров, которые в меньшей степени влияют на стойкость инструмента, т. е. в такой последовательности: глубина резания, подача на зуб и скорость резания. Поэтому и выбор этих параметров режимов резания при фрезеровании на данном станке следует начинать в той же последовательности, а именно:

1. Назначается глубина резания в зависимости от припуска на обработку, требований к шероховатости поверхности и мощности станка. Припуск на обработку желательно снять за один проход с учетом мощности станка. Обычно глубина резания при черновом фрезеровании не превышает 4-5 мм. При черновом фрезеровании торцовыми твердосплавными фрезами (головками) на мощных фрезерных станках она может достигать 20-25 мм и более. При чистовом фрезеровании глубина резания не превышает 1-2 мм.

2. Назначается максимально допустимая по условиям обработки подача. При установлении максимально допустимых подач следует применять подачи на зуб, близкие к «ломающим».

Последняя формула выражает зависимость подачи на зуб от глубины фрезерования и диаметра фрезы. Величина максимальной толщины среза, т. е. значение постоянного коэффициента I с в формуле (21), зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала \ (для данного типа и конструкции фрезы). Значения максимально допустимых подач ограни- j чиваются различными факторами:

а) при черновой обработке - жесткостью и виброустойчивостью инструмента (при доста- i точной жесткости и виброустойчивости станка),’ жесткостью обрабатываемой заготовки и прочностью режущей части инструмента, например зуба фрезы, недостаточным объемом стружечных канавок, например, для дисковых фрез и др. Так, подача на зуб при черновом фрезеровании стали цилиндрическими фрезами со вставными ножами и крупным зубом выбирается в пределах 0,1-0,4 мм/зуб, а при обработке чугуна до 0,5 мм/зуб;

б) при чистовой обработке - шероховатостью поверхности, точностью размера, состоянием поверхностного слоя и др. При чистовом фрезеровании стали и чугуна назначается сравнительно малая подача на зуб фрезы (0,05-0,12 мм/зуб).

3. Определяется скорость резания; так как она оказывает самое большое влияние на стойкость инструмента, то ее выбирают исходя из принятой для данного инструмента нормы стойкости. Скорость резания определяется по формуле (42) или по таблицам нормативов режимов резания в зависимости от глубины и ширины фрезерования, подачи на зуб, диаметра фрезы, числа зубьев, условий охлаждения и др.

4. Определяется действующая мощность резания Ne при выбранном режиме по таблицам нормативов или по формуле (39а) и сопоставляется с мощностью станка.

5. По установленной скорости резания (и, или i^) определяется ближайшая ступень частоты вращения шпинделя станка из числа имеющихся на данном станке по формуле (2) или по графику (рис. 174). Из точки, соответствующей принятой скорости резания (например, 42 м/мин), проводят горизонтальную линию, а из точки с отметкой выбранного диаметра фрезы (например, 110 мм) - вертикальную. По точке пересечения указанных линий определяют ближайшую ступень чисел оборотов шпинделя. Так, в примере, показанном на рис. 172, при фрезеровании фрезой диаметром D = 110 мм со скоростью резания 42 м/мин частота вращения шпинделя будет равна 125 об/мин.

Рис.174 Номограмма частоты вращения фрезы

6. Определяется минутная подача по формуле (4) или по графику (рис. 175). Так, при фрезеровании фрезой D = 110 мм, z = 10 при sz = = 0,2 мм/зуб и п = 125 об/мин минутная подача по графику определяется следующим образом. Из точки, соответствующей подаче на зуб sг = 0,2 мм/ зуб, проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей числу зубьев фрезы г = 10. Из полученной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей принятой частоте вращения шпинделя л = 125 об/мин. Далее из полученной точки проводим вертикальную линию. Точка пересечения этой линии с нижней шкалой минутных подач, имеющихся на данном станке, определяет ближайшую ступень минутных подач.

7. Определяется машинное время.

Машинное время. Время, в течение которого происходит процесс снятия стружки без непосредственного участия рабочего, называется машинным временем (например, на фрезерование плоскости заготовки с момента включения механической продольной подачи до момента ее выключения).

Рис. 1. Номограмма минутной подачи

Повышение производительности при обработке на металлорежущих станках ограничивается двумя основными факторами: производственными возможностями станка и режущими свойствами инструмента. Если производственные возможности станка малы и не позволяют полностью использовать режущие свойства инструмента, то производительность такого станка будет составлять лишь некоторую часть от возможной производительности при максимальном использовании инструмента. В том случае, когда производственные возможности станка значительно превышают режущие свойства инструмента, на станке может быть достигнута максимально возможная при данном инструменте производительность, но при этом не будут полностью использованы возможности станка, т. е. мощность станка, максимально допустимые силы резания и т. д. Оптимальными с точки зрения производительности и экономичности использования станка и инструмента будут такие случаи, когда производственные мощности станка и режущие свойства инструмента будут совпадать или близки друг к другу.

Это условие положено в основу так называемых производственных характеристик станков, которые были предложены и разработаны проф. А. И. Кашириным. Производственная характеристика станка представляет собой график зависимостей возможностей станка и инструмента. Производственные характеристики позволяют облегчить и упростить определение оптимальных режимов резания при обработке на данном станке.

Режущие свойства того или иного инструмента характеризуются режимами резания, которые допускаются в процессе обработки. Скорость резания при заданных условиях обработки можно определить по формуле (42, а). Практически же ее находят по таблице режимов резания, которые приведены в справочниках нормировщика или технолога. Однако следует отметить, что нормативы по режимам резания как для фрезерования, так и для других видов обработки разрабатываются, исходя из режущих свойств инструмента для различных случаев обработки (тип и размер инструмента, вид и марка материала режущей части, обрабатываемый материал и др.), и не связаны со станками, на которых будет производиться обработка. Так как производственные возможности различных станков разные, то практически осуществимый оптимальный режим обработки на разных станках будет различным для одних и тех же условий обработки. Производственные возможности станков зависят прежде всего от эффективной мощности станка, частоты вращения, подач и др.

Рис. 2. Врезание и перебег

Производственные характеристики фрезерных стянкои для случая (Ьпезепования тогшо-выми фрезами были разработаны проф. А. И. Кашириным и автором.

Принцип построения производственных характеристик фрезерных станков (номограмм) для работы торцовыми фрезами основан на совместном графическом решении двух уравнений, которые характеризуют зависимость скорости резания vT по формуле (42) при -Bz’ = const, с одной стороны, и скорости резания ид„ допускаемой мощностью станка, - с другой. Скорость резания vN может быть определена по формуле

Рис. 3. Производственная характеристика консольно-фрезерного станка 6Р13