Войти
Линейный рисунок, показывающий некоторые основные концепции скоростей и подает в контексте токарной работы. Угловая скорость заготовки (об / мин) машинистами называется «скоростью шпинделя». Его тангенциальный линейный эквивалент на поверхности заготовки (м / мин или sfm ) называется «скорость резания», «скорость резания» или просто «скорость» машинистами. «Подача» может быть для оси X или оси Z (обычно мм / об или дюйм / оборот для токарной обработки; иногда измеряется как мм / мин или дюйм / мин). Обратите внимание, что по мере того, как инструмент погружается ближе к центру заготовки, та же самая скорость шпинделя приводит к уменьшению скорости резания (поскольку каждый оборот представляет меньшее окружное расстояние, но занимает такое же количество времени). Большинство токарных станков ЧПУ имеют постоянную скорость резания, чтобы противодействовать этому естественному уменьшению, которое ускоряет шпиндель при погружении инструмента. 
Фреза остановилась после выполнения резания. Стрелки показывают векторы различных скоростей, известные как скорости и подачи. Круговая стрелка представляет угловую скорость шпинделя (об / мин), которую машинисты называют «скоростью шпинделя». Тангенциальная стрелка представляет тангенциальную линейную скорость (м / мин или sfm ) на внешнем диаметре фрезы, которую машинисты называют «скоростью резания», «поверхностной скоростью» или просто «скоростью». Стрелка, коллинеарная с прорезью, которая была фрезерована, представляет линейную скорость, с которой резец продвигается в поперечном направлении (обычно мм / мин или дюйм / мин для фрезерования; также может измеряться как мм / об или дюйм / об). Эта скорость называется «подачей» машинистами. Фраза скорости и подачи или подачи и скорости относится к двум отдельным скоростям в Станок практика, скорость резания и скорость подачи . Их часто рассматривают как пару из-за их совместного воздействия на процесс резки. Однако каждый из них может быть рассмотрен и проанализирован отдельно.
Скорость резания (также называемая поверхностной скоростью или просто скоростью) - это разница скоростей (относительная скорость ) между режущим инструментом и поверхностью обрабатываемой детали. на. Он выражается в единицах расстояния по поверхности детали за единицу времени, обычно поверхностных футов в минуту (sfm) или метров в минуту (м / мин). Скорость подачи (также часто обозначаемая как твердый состав, скорость подачи или просто подача) - это относительная скорость, с которой резец продвигается вдоль заготовки; его вектор расположен перпендикулярно вектору скорости резания. Единицы подачи зависят от движения инструмента и заготовки; когда заготовка вращается (например, при точении и растачивании ), единицы измерения почти всегда - это расстояние на шпиндель оборот (дюймов на оборот [дюйм / об или дюйм / об ] или миллиметры на оборот [мм / об]). Когда заготовка не вращается (например, при фрезеровании ), единицы измерения обычно представляют собой расстояние за время (дюймы в минуту [дюйм / мин или ipm] или миллиметры в минуту [мм / мин]), хотя расстояние на оборот или на зуб фрезы также иногда используются.
Если такие переменные, как геометрия фрезы и жесткость станка и его оснастки, могут быть идеально максимизированы (и уменьшены до незначительных констант), то только недостаток мощности (то есть киловатт или лошадиных сил), доступной для шпинделя, предотвратит использование максимально возможных скоростей и подач для любого заданного материала заготовки и материала резца. Конечно, в действительности эти другие переменные являются динамическими и нельзя пренебрегать незначительными, но все же существует корреляция между доступной мощностью и используемыми подачами и скоростями. На практике обычно ограничивающим фактором является недостаточная жесткость.
Фразы «скорость и подача» или «подача и скорости» иногда использовались метафорически для обозначения деталей выполнения плана, которые только квалифицированные техники (в отличие от проектировщиков или менеджеры) знали бы.
Скорость резания может быть определена как скорость на поверхности заготовки, независимо от используемой операции обработки. Скорость резания для низкоуглеродистой стали 100 футов / мин одинакова, независимо от того, является ли это скорость резца, проходящего через заготовку, например, при токарной операции, или скорость резца, проходящего мимо заготовки, например, при фрезеровании. операция. Условия резания будут влиять на значение этой поверхностной скорости для мягкой стали.
Схематично скорость на поверхности заготовки можно представить как тангенциальную скорость на границе раздела инструмент-резак, то есть как быстро материал перемещается за режущую кромку инструмента, хотя «на какой поверхности сосредоточиться» - это тема, на которую можно дать несколько правильных ответов. При сверлении и фрезеровании внешний диаметр инструмента является широко принятой поверхностью. При точении и растачивании поверхность может быть определена по обе стороны от глубины резания, то есть либо начальная, либо конечная поверхность, причем ни одно определение не является «неправильным», если вовлеченные люди понимают разницу. Опытный машинист кратко охарактеризовал это как «диаметр, с которого я поворачиваюсь» по сравнению с «диаметром, на который я поворачиваюсь». Он использует «от», а не «до», и объясняет почему, признавая, что некоторые другие этого не делают. Логика сосредоточения внимания на самом большом задействованном диаметре (внешний диаметр сверла или концевой фрезы, начальный диаметр токарной заготовки) заключается в том, что именно здесь самая высокая тангенциальная скорость с наибольшим тепловыделением, что является основным фактором, определяющим инструмент износ.
Для каждого материала и набора условий обработки будет оптимальная скорость резания, и скорость шпинделя (об / мин ) может быть рассчитана на основе этой скорости. Факторы, влияющие на расчет скорости резания:
Скорость резания рассчитывается исходя из предположения, что существуют оптимальные условия резания. К ним относятся:
Скорость резания дается как набор констант, которые можно получить у производителя или поставщика материала. Наиболее распространенные материалы доступны в справочниках или таблицах, но всегда подлежат корректировке в зависимости от условий резки. В следующей таблице приведены скорости резания для ряда распространенных материалов при одном наборе условий. Условиями являются срок службы инструмента 1 час, резка без СОЖ (без СОЖ) и при средних подачах, поэтому они могут оказаться неправильными в зависимости от обстоятельств. Эти скорости резания могут измениться, если, например, доступна соответствующая охлаждающая жидкость или используется улучшенный сорт HSS (например, содержащий [кобальт]).
| Тип материала | Метров в минуту (MPM) | Площадь футов в минуту (SFM) |
|---|---|---|
| Сталь ( жесткая) | 18–50 | 60–100 |
| Низкоуглеродистая сталь | 3–38 | 10–125 |
| Низкоуглеродистая сталь (с СОЖ) | 6–7 | 20–25 |
| Чугун (средний) | 1–2 | 6–8 |
| Сплав Стали (1320–9262) | 3–20 | 12–65 |
| Углеродистые стали (C1008 – C1095) | 4–51 | 0 –70 |
| Автоматическая сталь (B1111 – B1113 и C1108 – C1213) | 35–69 | 115–225 |
| Нержавеющая сталь (серии 300 и 400) | 23–40 | 30–75 |
| Бронза | 24–45 | 10–80 |
| Сталь с свинцом (Leadloy 12L14) | 91 | 30 |
| Алюминий | 122-305 | 400-1000 |
| Латунь | 90–210 | 300–700 |
| обрабатываемый воск | 6 | 20 |
| Сополимер ацеталя (делрин) | 11 | 35 |
| Полиэтилен | 12 | 40 |
| Акрил (с охлаждающей жидкостью) | 15 | 50 |
| Ву d | 183–305 | 600–1000 |
Оценка обрабатываемости материала является попыткой количественно определить обрабатываемость различных материалов. Выражается в процентах или нормализованное значение. Американский институт железа и стали (AISI) определил показатели обрабатываемости для широкого спектра материалов, выполнив токарные испытания со скоростью 180 футов поверхности в минуту (sfpm). Затем он произвольно присвоил стали 160 Brinell B1112 рейтинг обрабатываемости 100%. Рейтинг обрабатываемости определяется путем измерения средневзвешенных значений нормальной скорости резания, чистоты поверхности и стойкости инструмента для каждого материала. Обратите внимание, что материал с рейтингом обрабатываемости менее 100% будет сложнее обрабатывать, чем материал B1112, а материал и значение более 100% будет проще.
Значения обрабатываемости могут использоваться вместе с уравнением стойкости инструмента Тейлора, VT = C, для определения скорости резания или стойкости инструмента. Известно, что срок службы инструмента B1112 составляет 60 минут при скорости резания 100 футов в минуту. Если материал имеет рейтинг обрабатываемости 70%, с учетом вышеизложенного можно определить, что для сохранения того же срока службы инструмента (60 минут) скорость резания должна составлять 70 футов в минуту (при условии, что используется тот же самый инструмент)..
При расчетах для медных сплавов номинальные характеристики машины рассчитываются путем принятия номинального значения 100 равным 600 SFM. Например, фосфорная бронза (марки A – D) имеет рейтинг обрабатываемости 20. Это означает, что фосфорная бронза работает на 20% скорости 600 SFM или 120 SFM. Тем не менее, 165 SFM обычно принимается как базовый 100% рейтинг для «сортировки сталей». Формула скорости резания (V) = [πDN] / 1000 м / мин, где D = диаметр заготовки в метрах или миллиметрах N = скорость шпинделя в об / мин
шпиндель скорость - частота вращения шпинделя станка, измеряемая в оборотах в минуту (об / мин). Предпочтительная скорость определяется путем движения назад от желаемой поверхностной скорости (sfm или м / мин) с учетом диаметра (заготовки или фрезы).
Шпиндель может удерживать:
Чрезмерная скорость шпинделя вызовет преждевременный износ инструмента, поломку и может вызвать вибрацию инструмента, что может привести к потенциально опасным условиям. Использование правильной скорости шпинделя для материала и инструментов значительно увеличит срок службы инструмента и качество обработки поверхности.
Для данной операции обработки скорость резания будет оставаться постоянной в большинстве ситуаций; поэтому скорость шпинделя также останется постоянной. Однако операции торцевания, формовки, отрезки и выемки на токарном или винторезном станке включают обработку постоянно меняющегося диаметра. В идеале это означает изменение скорости шпинделя по мере того, как рез продвигается по поверхности заготовки, обеспечивая постоянную скорость резания (CSS). Механические приспособления для реализации CSS существовали веками, но они никогда не применялись для управления станками. В до эпохи ЧПУ идеал CSS игнорировался для большей части работы. Для необычной работы, которая требовала этого, были приложены особые усилия. Внедрение токарных станков с ЧПУ предоставило практическое повседневное решение с помощью автоматизированного CSS контроля и управления процессом обработки. С помощью программного обеспечения станка и электродвигателей с регулируемой скоростью токарный станок может увеличивать число оборотов шпинделя по мере приближения фрезы к центру детали.
Шлифовальные круги предназначены для работы с максимальной безопасной скоростью, скорость вращения шпинделя шлифовального станка может изменяться, но это следует изменять только с должным вниманием к безопасной рабочей скорости круга. По мере износа круга его диаметр будет уменьшаться, и его эффективная скорость резания будет уменьшаться. Некоторые шлифовальные машины имеют возможность увеличения скорости вращения шпинделя, что исправляет эту потерю режущей способности; однако увеличение скорости сверх допустимой для колес приведет к повреждению колеса и серьезной опасности для жизни и здоровья.
Вообще говоря, скорость вращения шпинделя и скорость подачи менее критичны при обработке дерева, чем обработка металла. Большинство деревообрабатывающих станков, включая электропилы, такие как дисковые пилы и ленточные пилы, фуганки, строгальные станки, вращаются фиксированная частота вращения. В этих станках скорость резания регулируется скоростью подачи. Требуемая скорость подачи может сильно варьироваться в зависимости от мощности двигателя, твердости дерева или другого обрабатываемого материала и остроты режущего инструмента.
В деревообработке идеальная скорость подачи - это такая, которая достаточно медленная, чтобы не заглушить двигатель, но достаточно быстрая, чтобы избежать возгорания материала. Некоторые породы дерева, такие как черная вишня и клен, более склонны к возгоранию, чем другие. Правильная скорость подачи обычно достигается «наощупь», если материал подается вручную, или методом проб и ошибок, если используется силовой питатель. В рейсмусах (строгальных станках) древесина обычно подается автоматически через резиновые или гофрированные стальные ролики. Некоторые из этих машин позволяют изменять скорость подачи, обычно путем замены шкивов. Более низкая скорость подачи обычно приводит к более тонкой поверхности, так как больше разрезов делается для любой длины древесины.
Скорость вращения шпинделя становится важной при работе фрезерных станков, фрезерных станков и сверл. Старые и меньшие фрезерные станки часто вращаются с фиксированной скоростью шпинделя, обычно между 20 000 и 25 000 об / мин. Хотя эти скорости подходят для небольших фрез, использование более крупных битов, скажем, более 1 дюйма (25 мм) или 25 миллиметров в диаметре, может быть опасным и может привести к дребезжанию. У более крупных маршрутизаторов теперь есть переменная скорость, а для битов большего размера требуется более низкая скорость. При сверлении дерева обычно используются более высокие скорости шпинделя, чем при сверлении металла, и скорость не так критична. Однако для сверл большего диаметра требуется меньшая скорость, чтобы избежать пригорания.
Подача и скорость резания, а также определяемые ими скорости шпинделя являются идеальными условиями резания для инструмента. Если условия не идеальны, то выполняется регулировка скорости шпинделя, эта регулировка обычно представляет собой снижение числа оборотов в минуту до ближайшей доступной скорости или скорости, которая считается (благодаря знаниям и опыту) правильной.
Некоторые материалы, такие как обрабатываемый воск, можно резать с широким диапазоном скоростей вращения шпинделя, в то время как другие, такие как нержавеющая сталь, требуют гораздо более тщательного контроля, поскольку скорость резки имеет решающее значение. чтобы избежать перегрева фрезы и заготовки. Нержавеющая сталь - это материал, который очень легко затвердевает при холодной обработке, поэтому недостаточная скорость подачи или неправильная скорость шпинделя могут привести к менее чем идеальным условиям резания, поскольку заготовка будет быстро затвердевать и сопротивляться. режущее действие инструмента. Обильное применение смазочно-охлаждающей жидкости может улучшить эти условия резания; однако правильный выбор скоростей является решающим фактором.
В большинстве книг по металлообработке есть номограммы или таблицы скоростей шпинделя и скорости подачи для различных фрез и материалов заготовок; аналогичные таблицы также, вероятно, можно получить у производителя используемого резака.
Скорости шпинделя могут быть рассчитаны для всех операций обработки, если известны SFM или MPM. В большинстве случаев мы имеем дело с цилиндрическим объектом, таким как фреза или деталь, токарная на токарном станке, поэтому нам нужно определить скорость на периферии этого круглого объекта. Эта скорость на периферии (точки на окружности, проходящей мимо неподвижной точки) будет зависеть от скорости вращения (об / мин) и диаметра объекта.
Можно провести аналогию с велосипедистом на скейтборде и велосипедистом , который едет бок о бок по дороге. Для заданной наземной скорости (скорости этой пары по дороге) скорость вращения (об / мин) их колес (большая для конькобежца и малая для велосипедиста) будет разной. Эта скорость вращения (об / мин) - это то, что мы вычисляем, учитывая фиксированную поверхностную скорость (скорость по дороге) и известные значения размеров их колес (фрезы или заготовки).
Для оценки этого значения можно использовать следующие формулы.
Точное число оборотов в минуту не всегда необходимо, будет работать точное приближение (использование 3 для значения 
например для скорости резания 100 футов / мин (простой резак из быстрорежущей стали по низкоуглеродистой стали) и диаметра 10 дюймов (резец или обрабатываемая деталь)
и, например, с использованием метрических значений, где скорость резания составляет 30 м / мин и диаметр 10 мм (0,01 м),
Однако для более точных расчетов и за счет простоты можно использовать эту формулу:
и используя тот же пример
и используя тот же пример, что и выше,
где:
Скорость подачи - это скорость, с которой резец подается, то есть продвигается к заготовке. Он выражается в единицах расстояния на оборот для точения и растачивания (обычно дюймы на оборот [ipr] или миллиметры на оборот). Это может быть выражено таким же образом и для фрезерования, но часто оно выражается в единицах расстояния за время для фрезерования (обычно дюймы в минуту [ipm] или миллиметры в минуту), с учетом того, сколько зубьев (или канавок) имеет тогда фреза. определили, что это значит для каждого зуба.
Скорость подачи зависит от:
При выборе скорости подачи для определенной операции резания расчет довольно прост для одноточечной режущие инструменты, потому что вся работа по резке выполняется в одной точке (как бы «одним зубом»). На фрезерном станке или фуганке, где задействованы многогранные / многогранные режущие инструменты, желаемая скорость подачи становится зависимой от количества зубьев на фрезе, а также от желаемого количества материала на зуб для резки (выраженное как загрузка микросхемы). Чем больше количество режущих кромок, тем выше допустимая скорость подачи: для того, чтобы режущая кромка работала эффективно, она должна снимать достаточно материала, чтобы резать, а не тереть; он также должен делать свою долю работы.
Соотношение скорости шпинделя и скорости подачи определяет, насколько агрессивен рез и характер образующейся стружки.
Эта формула может использоваться для определения скорости подачи, с которой резец перемещается внутрь или вокруг заготовки. Это применимо к фрезам на фрезерном станке, сверлильном станке и ряде других станков. Это не должно использоваться на токарном станке для токарных операций, так как скорость подачи на токарном станке задается как подача на оборот.
где:
Скорость резания и скорость подачи вместе с глубиной резания определяют скорость съема материала, который представляет собой объем материала заготовки (металл, дерево, пластик и т. д.), который может быть удален за единицу времени.
Выбор скорости и подачи аналогичен другим примерам прикладной науки, таким как метеорология или фармакология, в том, что теоретическое моделирование необходимо и полезно, но оно никогда не может полностью предсказать реальность конкретных случаев из-за очень многомерной среды. Подобно тому, как прогнозы погоды или дозировки лекарств можно смоделировать с достаточной точностью, но никогда с полной уверенностью, машинисты могут прогнозировать с помощью диаграмм и формул приблизительные значения скорости и подачи, которые будут лучше всего работать для конкретной работы, но не могут знать точные оптимальные значения до тех пор, пока выполнение работы. При обработке с ЧПУ обычно программист программирует скорости и подачи, которые настраиваются настолько точно, насколько могут обеспечить расчеты и общие рекомендации. Затем оператор точно настраивает значения во время работы машины, основываясь на взглядах, звуках, запахах, температуре, выдерживании допуска и сроке службы наконечника инструмента. При надлежащем управлении измененные значения сохраняются для использования в будущем, так что, когда программа запускается снова позже, эту работу не нужно дублировать.
Однако, как и в случае с метеорологией и фармакологией, взаимосвязь теории и практики развивалась на протяжении десятилетий, поскольку теоретическая часть баланса становится все более продвинутой благодаря информационным технологиям. Например, проект под названием Machine Tool Genome Project направлен на обеспечение компьютерного моделирования (симуляции), необходимого для прогнозирования оптимальных комбинаций скорости и подачи для конкретных установок в любом магазине, подключенном к Интернету, с меньшим количеством местных экспериментов и испытаний. Вместо того, чтобы единственным вариантом было измерение и тестирование поведения своего собственного оборудования, он получит пользу от опыта и моделирования других; в некотором смысле, вместо того, чтобы «изобретать колесо», он сможет «лучше использовать существующие колеса, уже разработанные другими в удаленных местах».
Скорость и кормление изучаются научно, по крайней мере, с 1890-х годов. Работа обычно выполняется в инженерных лабораториях с финансированием из трех основных источников: корпорации, правительства (включая их военные ) и университеты.. Все три типа организаций вложили большие суммы денег в дело, часто в совместные партнерства. Примеры такой работы приведены ниже.
В период с 1890-х по 1910-е годы Фредерик Уинслоу Тейлор провел токарные эксперименты, которые стали знаменитыми (и плодотворными). Он разработал уравнение Тейлора для ожидаемого срока службы инструмента..
Научное исследование Хольца и Де Лиу из Cincinnati Milling Machine Company сделало для фрез то, что F. У. Тейлор сделал для резцов с одним острием.
«После Второй мировой войны было разработано много новых сплавов. Потребовались новые стандарты для повышения производительности [США] в Америке. Metcut Research Associates при технической поддержке Лаборатории материалов ВВС и Армейская научно-техническая лаборатория опубликовали первый справочник данных по обработке в 1966 году. Рекомендуемые скорости и подачи, приведенные в этой книге, были результатом обширных испытаний для определения оптимальной стойкости инструмента в контролируемых условиях для каждого материала, используемого в повседневной работе, операции и твердости.. "
Флорес-Оррего и др. 2010 изучал влияние изменения параметров резания на целостность поверхности при точении нержавеющей стали AISI 304. Они обнаружили, что скорость подачи оказывает наибольшее влияние на качество поверхности, и что помимо достижения желаемого профиля шероховатости, необходимо проанализировать влияние скорости и подачи на создание микролунок и микродефектов на обрабатываемой поверхности. поверхность. Более того, они обнаружили, что обычное эмпирическое соотношение, которое связывает скорость подачи со значением шероховатости, не подходит для низких скоростей резания.
| journal =() CS1 maint: ref = harv (ссылка )