Введение
В ЧПУ-обработке скорость вращения шпинделя и скорость подачи являются наиболее важными параметрами резания. Некоторые считают, что более высокие скорости всегда лучше, в то время как другие полагают, что более низкие скорости подачи обеспечивают более гладкие поверхности, однако результаты часто доказывают обратное.
В этой статье подробно рассматривается динамика скорости вращения шпинделя и скорости подачи, сочетая практические примеры с принципами оптимизации, чтобы помочь пользователям достичь оптимального баланса между этими двумя параметрами для различных материалов и условий эксплуатации.
Что такое скорость вращения шпинделя?
Скорость вращения шпинделя обычно выражается в “об/мин (оборотах в минуту)”. Это количество оборотов, которое шпиндель станка совершает за одну минуту. Оно напрямую определяет линейную скорость режущей кромки на поверхности заготовки, то есть скорость резания.
Слишком низкая скорость вращения: недостаточная режущая способность приводит к шероховатости поверхности заготовки.
Чрезмерная скорость вращения: температура резания резко повышается, что приводит к перегреву инструмента.
Поэтому при настройке скорости шпинделя необходимо учитывать материал заготовки и диаметр инструмента, а также корректировать ее в зависимости от состояния смазочно-охлаждающей жидкости. Например, алюминиевые сплавы подходят для высоких скоростей, тогда как титановые сплавы требуют снижения скорости для предотвращения упрочнения.
Что такое скорость подачи?
Скорость подачи (мм/мин или мм/об) — это скорость, с которой инструмент движется в направлении подачи. Она напрямую влияет на толщину стружки, нагрузку на инструмент и эффективность обработки.
Слишком высокая скорость подачи: увеличивает режущие силы, приводит к шероховатости поверхности и может вызвать сколы инструмента.
Слишком низкая скорость подачи: приводит к образованию чрезмерно тонких стружек, усиливает трение и аналогичным образом увеличивает риск перегрева инструмента.
В отличие от скорости вращения, скорость подачи в большей степени зависит от давления, оказываемого на режущий инструмент, и состояния удаления стружки. Для многорежущих инструментов скорость подачи также тесно связана с количеством режущих кромок.
Скорость подачи по сравнению со скоростью вращения шпинделя
| Параметры | Скорость вращения шпинделя | Подача |
|---|---|---|
| Контрольные переменные | Об/мин (RPM), влияет на скорость резания | мм/мин или мм/об, влияет на толщину стружки |
| Основные функции | Определяет скорость резания и температуру резания | Определяет нагрузку на резец и эвакуацию стружки |
| Качество поверхности | Слишком низкая → шероховатая поверхность Слишком высокая → термическое повреждение |
Слишком быстрая → шероховатость Слишком медленная → трение и нагрев |
| Срок службы инструмента | Большая подача → откалывание Малая подача → быстрое изнашивание |
Большая скорость подачи → Стружка Малая скорость подачи → Быстрый износ |
| Направления оптимизации | Определить подходящую скорость вращения в зависимости от материала и инструмента | Установить разумную подачу в зависимости от жесткости инструмента и системы охлаждения |
Если скорость вращения — это “скорость”, то скорость подачи — это “сила”. Независимая регулировка одного из этих параметров часто приводит к проблемам. Для достижения эффективности и стабильности необходимо обеспечить правильную координацию между ними.
Принципы оптимизации и стратегии применения
При установке скорости вращения шпинделя и скорости подачи необходимо одновременно учитывать три фактора: материал, инструмент и цели процесса. Их сочетание варьируется в зависимости от условий.
1. Факторы, связанные с материалом
Обработка стали: умеренная скорость вращения шпинделя, соответствующая скорость подачи. Обеспечьте непрерывный отвод стружки и стабильную обработку.
Обработка алюминиевого сплава: высокая скорость вращения шпинделя, высокая скорость подачи. Используйте мягкость материала и его отличную теплопроводность.
Обработка нержавеющей стали и титанового сплава: низкая скорость вращения шпинделя, умеренная скорость подачи. Предотвратите упрочнение материала и минимизируйте накопление стружки.
2. Факторы, связанные с инструментом
Твердосплавные инструменты: способны работать с высокими скоростями и высокими скоростями подачи.
Инструменты из быстрорежущей стали: требуют снижения параметров для продления срока службы инструмента.
Инструменты большого диаметра: подходят для низких скоростей. Инструменты малого диаметра: подходят для высоких скоростей.
Инструменты с покрытием: устойчивы к высоким температурам, что позволяет работать с более высокими скоростями. Инструменты без покрытия: параметры должны быть консервативными.
Острые режущие кромки: подходят для малых скоростей подачи и чистовой обработки. Прочные режущие кромки: подходят для больших скоростей подачи и черновой обработки.
3. Цели обработки
Черновая обработка: большие скорости подачи, средние и низкие скорости. Приоритет эффективности.
Чистовая обработка: высокие скорости, малые скорости подачи. Приоритет качества поверхности.
Сравнение практических примеров
Пример 1: Токарная обработка стального прутка
Высокая скорость, низкая скорость подачи → Сильное нагревание заготовки, короткий срок службы инструмента.
Средняя скорость, средняя скорость подачи → Стабильное качество поверхности заготовки, увеличенный срок службы инструмента.
Пример 2: Отделка алюминиевых дисков
Низкая скорость, высокая скорость подачи → Неровная поверхность, неравномерные стружки.
Высокая скорость, средняя скорость подачи → Гладкая поверхность, высокая эффективность.
Эти примеры показывают, что крайние настройки, основанные исключительно на скорости шпинделя или скорости подачи, могут привести к неудачному результату. Эффективным является только сбалансированный подход.
Практические шаги по эксплуатации
Определите скорость резания → Рассчитайте скорость вращения
См. рекомендуемые значения производителя инструмента, учитывая твердость материала и диаметр инструмента.
Установите скорость подачи на зуб → Рассчитайте скорость подачи
Используйте более высокие значения для черновой обработки, более низкие значения для чистовой обработки.
Наблюдение за пробной резкой → Осмотрите стружку и прислушайтесь к звукам
Стружка, которая скручена и имеет нормальный цвет = Параметры подходят.
Резкий шум или порошкообразная стружка = Параметры требуют корректировки.
Точная настройка параметров → Прежде чем изменять скорость вращения шпинделя, в первую очередь отрегулируйте скорость подачи
Убедитесь, что инструмент не трется, не режет и не впивается слишком агрессивно.
Заключение
Для пользователей лучшей практикой является следующее: на основе рекомендуемых производителем инструмента значений, с учетом жесткости станка и целей процесса, проводить постоянную оптимизацию посредством фактических пробных резов.
