Расчет режимов резания

Основные понятия

Расчёт режимов резания – это определение оптимальных параметров обработки металла: глубины, подачи и скорости. Эти три величины определяют производительность, качество обработанной поверхности и срок службы инструмента. Правильный расчёт режимов резания позволяет повысить скорость обработки, снизить расход инструмента и избежать дефектов детали.

Параметры режимов резания

Глубина резания

Глубина резания (t или ap) – это расстояние между обработанной и необработанной поверхностью за один проход инструмента. Измеряется в миллиметрах. При черновой обработке глубина составляет 2–5 мм, при получистовой – 0,5–2 мм, при чистовой – 0,1–0,5 мм.

Подача

Подача (s или f) – величина перемещения инструмента за один оборот заготовки. Измеряется в мм/об. Чем больше подача, тем выше производительность, но грубее поверхность. Для черновой обработки подача может достигать 0,5–1 мм/об, для чистовой – 0,05–0,2 мм/об.

Скорость резания

Скорость резания (V) – путь, который проходит режущая кромка относительно заготовки в единицу времени. Измеряется в метрах в минуту. Это ключевой параметр, влияющий на стойкость инструмента и тепловыделение в зоне резания.

Формулы расчёта

Скорость резания через диаметр и обороты

Основная формула для расчёта скорости резания:

V = (π × D × n) / 1000

где:

• V – скорость резания, м/мин
• D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм
• n – частота вращения шпинделя, об/мин
• π – константа 3,14

Обороты шпинделя через скорость резания

Для определения частоты вращения по заданной скорости резания используется обратная формула:

n = (V × 1000) / (π × D)

Эта формула применяется при настройке станка с ЧПУ в режиме постоянной скорости резания (G96).

Сила резания

Сила резания определяет мощность, необходимую для обработки. Основная формула:

Fc = kc × ap × f

где:

• Fc – сила резания, Н
• kc – удельная сила резания, Н/мм²
• ap – глубина резания, мм
• f – подача, мм/об

Мощность резания

Мощность, затрачиваемая на резание:

Pc = (Fc × V) / 60 000

где Pc – мощность резания, кВт.

Влияние материала на режимы

Материал заготовки определяет допустимую скорость резания и удельную силу резания. Ниже приведены ориентировочные значения для основных групп материалов:

Скорости указаны для твердосплавного инструмента. Для быстрорежущей стали (HSS) значения следует умножить на 0,25–0,3.

Порядок расчёта

Шаг 1: Определение глубины резания

Выберите максимально возможную глубину, исходя из:

• жёсткости системы СПИД (станок–приспособление–инструмент–деталь)
• мощности станка
• припуска на обработку
• прочности инструмента

Шаг 2: Определение подачи

Подача выбирается по:

• требуемой шероховатости поверхности
• прочности режущей пластины
• жёсткости заготовки

Для черновой обработки подачу ограничивает прочность инструмента, для чистовой – шероховатость.

Шаг 3: Определение скорости резания

Скорость резания выбирается по:

• материалу заготовки
• материалу инструмента
• стойкости инструмента
• наличию СОЖ

Начинайте с 60–70% от расчётного значения, затем корректируйте по результатам обработки.

Пример расчёта

Задача: рассчитать режимы резания для точения вала диаметром 80 мм из стали 45.

Исходные данные

• Диаметр заготовки D = 80 мм
• Глубина резания ap = 2 мм
• Подача f = 0,2 мм/об
• Материал – сталь 45 (kc ≈ 1675 Н/мм²)

Расчёт

Скорость резания: при черновой обработке стали 45 принимаем V = 200 м/мин

Обороты шпинделя: n = (200 × 1000) / (3,14 × 80) = 796 об/мин

Сила резания: Fc = 1675 × 2 × 0,2 = 670 Н

Мощность резания: Pc = (670 × 200) / 60 000 = 2,23 кВт

С учётом КПД станка (≈0,8) мощность на шпинделе составит около 2,8 кВт.

Рекомендации по выбору режимов

Начинайте с заниженных режимов. Расчётные значения соответствуют идеальным условиям. На практике жёсткость системы, состояние станка и инструмента могут отличаться. Начните с 60–70% от расчётных режимов и увеличивайте постепенно, ориентируясь на стружку, звук и качество поверхности.

Контролируйте процесс по стружке. При правильных режимах стружка имеет форму коротких завитков или элементной стружки. Длинная запутанная стружка указывает на заниженную подачу, порошкообразная – на слишком высокую скорость или недостаточное охлаждение.

Учитывайте жёсткость системы. При обработке длинных валов в центрах или при работе с тонкостенными деталями следует снижать глубину и подачу из-за вибраций.

Применяйте СОЖ. Смазочно-охлаждающая жидкость позволяет увеличить скорость резания на 20–40% и продлить стойкость инструмента.