Режимы резания при фрезеровании: руководство для операторов ЧПУ и станочников

Режимы резания при фрезеровании – это совокупность ключевых параметров, определяющих процесс съема материала с заготовки. Их корректный подбор является фундаментом эффективного и рентабельного производства. Правильные настройки обеспечивают высокое качество поверхности, максимальную производительность, длительный срок службы инструмента и безопасность оператора. Для частного специалиста, работающего на фрезерном станке с ЧПУ или с ручным управлением, понимание этих принципов напрямую влияет на результат и стоимость работ.

В данной статье мы детально разберем все компоненты режимов резания, предоставим практические рекомендации и справочные данные.

Вся система построена на трех китах: скорости, подаче и глубине. Каждый параметр взаимосвязан и оказывает комплексное влияние на процесс.

Скорость резания (Vc) – это относительная скорость движения режущей кромки фрезы относительно обрабатываемой поверхности. Измеряется в метрах в минуту (м/мин). Это самый важный параметр, определяющий стойкость инструмента.
Рассчитывается по формуле:

V_c = (π * D * n) / 1000

где:

• V_c – скорость резания (м/мин);
• π – число Пи (3,1416);
• D – диаметр фрезы (мм);
• n – частота вращения шпинделя (об/мин).

Скорость резания выбирается в первую очередь в зависимости от:

• Материала заготовки (сталь, алюминий, чугун и т.д.);
• Материала инструмента (быстрорежущая сталь HSS, твердый сплав TCM, керамика);
• Типа операции (черновое или чистовое фрезерование).

Это непосредственно то значение, которое оператор вводит в управление станка. Зная требуемую скорость резания и диаметр инструмента, частоту вращения рассчитывают по формуле, производной от предыдущей:

n = (1000 * Vc) / (π * D)

Использование калькулятора режимов резания позволяет мгновенно пересчитать Vc в n и наоборот, что значительно экономит время.

Подача – это скорость движения заготовки относительно инструмента. Может выражаться тремя способами:

• Подача на зуб (f_z) – ключевой параметр, определяющий толщину стружки, снимаемой одним зубом фрезы. Измеряется в мм/зуб.
• Подача на оборот (f_n) – расстояние, которое проходит заготовка за один полный оборот фрезы. f_n = f_z * z, где z – количество зубьев.
• Минутная подача (V_f) – скорость движения стола в минуту. Именно это значение задается на станке. Рассчитывается: V_f = n * f_z * z (мм/мин).

Неправильно выбранная подача – частая причина поломки инструмента. Слишком малая подача приводит к трению вместо резания, перегреву и выкрашиванию режущей кромки. Слишком высокая – к перегрузке и поломке зуба.

• Глубина резания (a_p) – радиальная глубина погружения фрезы в материал (мм).
• Ширина фрезерования (a_e) – величина съема по ширине площади, то есть соприкосновение с поверхностью инструмента по ширине в поперечном направлении (мм).

Эти параметры определяют объем материала, снимаемый за один проход. При черновой обработке стремятся к большой a_p и умеренной a_e. При чистовой – наоборот, a_p небольшая (0.5-2 мм), а a_e может быть равной всей ширине обрабатываемой поверхности.

Обработка стали требует учета ее твердости и прочности. Для углеродистых и легированных сталей рекомендуются следующие диапазоны:

• Скорость резания (V_c):

1. для инструмент из HSS: 20-40 м/мин.
2. для твердосплавного инструмента (TCM): 80-220 м/мин.

• Подача на зуб (f_z): 0.08-0.25 мм/зуб (для фрез диаметром 10-20 мм).

Обработка нержавеющих сталей (например, AISI 304, 316) имеет особенности из-за их склонности к наклепу и низкой теплопроводности. Скорости резания обычно на 20-30% ниже, чем для углеродистых сталей.

Алюминий и его сплавы – материалы с низкой твердостью и высокой пластичностью. Основная проблема – налипание материала на режущие кромки (явление наростообразования). Рекомендации:

• Скорость резания (V_c):

1. HSS: 100-300 м/мин.
2. TCM: 200-1000 м/мин и выше (для монолитных твердосплавных фрез и фрез с поликристаллическим алмазным покрытием PCD).

• Подача на зуб (f_z): 0.08-0.20 мм/зуб.

Для получения качественной поверхности и предотвращения налипания используют фрезы с острыми режущими кромками, большими стружечными канавками и полированными передними поверхностями. Важно применить смазывающе-охлаждающую жидкость (СОЖ), особенно при чистовой обработке.

Для быстрого старта и проверки своих расчетов незаменимым инструментом является таблица режимов резания при фрезеровании. Она содержит усредненные, но проверенные значения для популярных комбинаций материалов заготовки и инструмента.

Режимы резания при фрезеровании ЧПУ имеют свою специфику, обусловленную высокой автоматизацией процесса:

• Скоростное фрезерование (HSM): Технология, активно используемая на ЧПУ, подразумевает работу с высокими оборотами шпинделя и высокими подачами при небольшой глубине резания и малой ширине фрезерования (ae 5-10% от D). Это позволяет значительно снизить силовую нагрузку на инструмент и станок, увеличить стойкость и получить превосходное качество поверхности.
• Спиральная интерполяция: При обработке отверстий вместо сверления часто используется фреза. В этом случае важно правильно задать подачу вниз (подачу по оси Z), которая обычно равна fz * z.
• Мощность станка: Современные обрабатывающие центры позволяют fully использовать потенциал твердосплавного инструмента, развивая высокие обороты и подачи. Однако для частного мастера с настольным или универсальным станком критически важно соотносить расчетные режимы с возможностями своего оборудования, чтобы не вызвать перегрузку и вибрации.