Как выбрать частоту вращения шпинделя

Как выбрать частоту вращения шпинделя

Основными параметрами задающими режимы резания являются:

-Частота вращения вала шпинделя (n)
-Скорость подачи (S)
-Глубина фрезерования за один проход

Требуемая частота вращения зависит от:

-Типа и характеристик используемого шпинделя
-Режущего инструмента
-Обрабатываемого материала

Частота вращения шпинделя вычисляется по следующей формуле:

Скорость резания (V) берется из справочных таблиц (См ниже).

Обращаем ваше внимание на то, что скорость подачи (S) и скорость резания (V) это не одно и то же.

При расчетах, для фрез малого диаметра значение частоты вращения шпинделя может получиться больше, чем количество оборотов, которое в состоянии обеспечить шпиндель. В данном случае за основу дальнейших расчетов величины (n) берется фактическая максимальная частота вращения шпинделя.

Скорость подачи (S) – скорость перемещения режущего инструмента (оси X/Y), вычисляется по формуле:

Таблица для расчета режимов резания:

После теоретических расчетов по формулам требуется подкорректировать значение скорости подачи. Необходимо учитывать жесткость станка. Для станков с высокой жесткостью и качеством механики значения скорости подачи выбираются ближе к максимальным расчетным. Для станков с низкой жесткостью следует выбрать меньшие значения скорости подачи.

Глубина фрезерования за один проход (ось Z) зависит от жесткости фрезы, длины режущей кромки и жесткости станка. Подбирается опытным путем, в ходе наблюдения за работой станка, постепенным увеличением глубины резания. Если при работе возникают посторонние вибрации, получаемый рез низкого качества – следует уменьшить глубину за проход и произвести коррекцию скорости подачи.

Скорость врезания по высоте (ось Z) следует выбирать примерно 1/3 – 1/5 от скорости подачи (S).

Краткие рекомендации по выбору фрез:

При выборе фрез нужно учитывать следующие их характеристики:
-Диаметр и рабочая длина. Геометрия фрезы.
-Угол заточки
-Количество режущих кромок
-Материал и качество изготовления фрезы.
Лучше всего отдавать предпочтение фрезам имеющих максимальный диаметр и минимальную длину для выполнении конкретного вида работ.

Короткая фреза большого диаметра обладает повышенной жесткостью, создает значительно меньше вибраций при интенсивной работе, позволяет добиться лучшего качества съема материала. Выбирая фрезу большого диаметра следует учитывать механические характеристики станка и мощность шпинделя, чтобы иметь возможность получить максимальную производительность при обработке.

Для обработки мягких материалов лучше использовать фрезы с острым углом заточки режущей кромки, для твердых – более тупой угол в диапазоне до 70-90 градусов.

Пластики и мягкие материалы лучше всего обрабатывать однозаходными фрезами. Древесину и фанеру – двухзаходными. Черные металлы – 3х/4х заходными.
Материал и качество фрезы определяют срок службы, качество реза и режимы. С фрезами низкого качества сложно добиться расчетных значений скорости подачи на практике.

Примерные режимы резания используемые на практике.

Данная таблица имеет ознакомительный характер. Более точные режимы обработки определяются исходя из качества фрез, вида станка, и др. Подбираются опытным путем.

Полезные ссылки:

Новинки:

Планшетные плоттеры (флюгерный, биговочный, осциллирующий, тангенциальный нож)

Normal 0 false false false RU X-NONE X-NONE

Источник

Выбор шпинделя на токарном оборудовании

При выборе шпинделя следует руководствоваться конкретными задачами, которые необходимо решать на производстве. С этой точки зрения и рассмотрим основные параметры шпинделя токарного станка.

Частота вращения шпинделя

Максимальную частоту вращения шпинделя (об/мин) следует выбирать в зависимости от размера детали и материала, из которого она изготовлена. Современный режущий инструмент позволяет обрабатывать детали на высоких скоростях резания: чтобы их достичь, необходим станок с соответствующим шпинделем.

При расчёте оборотов, которые необходимы для обеспечения нормального режима работы инструмента, важнейшим параметром является диаметр обрабатываемой детали:

n – число оборотов шпинделя

V – скорость резания

D – обрабатываемый диаметр

Из формулы видно, что чем меньше диаметр обработки, тем больше должны быть обороты шпинделя.

Также на число оборотов влияет скорость резания, которая, в свою очередь, зависит от вида обрабатываемого материала и используемого инструмента. Величина этого параметра указывается в каталогах производителя режущего инструмента.

Мощность двигателя

Тяжелая обработка связана с большими нагрузками на двигатель шпинделя, которые могут вызвать его перегрев и преждевременный выход из строя. Как и в случае с максимальной частотой вращения, важно учитывать материал, который предполагается обрабатывать на станке. Цветные металлы, например, не требуют от шпинделя большой мощности, в то время как вязкие и твердые материалы, такие как титан, нержавейка или жаропрочная сталь, наоборот, к мощности очень требовательны.

Операцией, расходующей большую мощность при изготовлении деталей является сверление, при котором площадь контакта материала с инструментом максимальна.

При выборе мощностной характеристики следует учитывать необходимость работы сверлами большого диаметра. К примеру, при сверлении жаропрочной стали сверлом с диаметром 50 мм и частотой вращения 637 об/мин, от двигателя требуется мощность не менее 13,3 кВт.

Формула, по которой можно рассчитать необходимую мощность:

P_mot – потребляемая мощность

Q – удельный съем материала

k_c – удельная сила резания

η – КПД станка (0,7-0,95)

В спецификациях часто указывают два значения мощности шпинделя: продолжительный/постоянный режим (например, ED 100%) и перемежающийся режим (например, ED 40%).

Продолжительный режим получил обозначение S1 (согласно стандарту IEC34).

S1 — продолжительный режим (постоянная нагрузка, достаточная для того, чтобы в двигателе установилось тепловое равновесие)

Перемежающийся режим работы имеет обозначение S6, предусмотренное тем же стандартом IEC34.

S6 —последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы при постоянной нагрузке и время работы на холостом ходу.

Каждый двигатель имеет маркировку режима, которому соответствуют заявленные характеристики.

Ниже приведен график мощности на примере шпинделя станка CTX510ecoline. На графике изображены две кривых: верхняя (пунктирная) линия это S6, нижняя (сплошная) линия — S1. Из графика видно, что после достижения 500 об/мин мощность с ростом оборотов больше не увеличивается. Это связано с тем, что управление оборотами двигателя до достижения номинальных оборотов шпинделя в 500 об/мин осуществляется регулировкой напряжения на статоре двигателя, при этом скольжение электромагнитного поля в статоре сохраняется. После достижения номинальных оборотов, регулировка осуществляется за счет изменения скольжения магнитного поля. Это приводит к снижению крутящего момента двигателя, зато сохраняет его мощность при увеличении оборотов.

Таким образом, при выборе мощности шпинделя необходимо помнить, что на разных режимах работы достигаются разные характеристики мощности. При этом пиковое значение мощности можно получить только при достижении номинальных оборотов двигателя. На графике четко видно, что номинальные обороты данного двигателя составляют 500 об/мин. Мощность при перемежающейся нагрузке составляет 33 кВт, а при постоянной непрерывной нагрузке — 22 кВт.

Из графика следует, что данный шпиндель обеспечит нам необходимую мощность при сверлении отверстия диаметром 50 мм на частоте вращения 637 об/мин при любых режимах работы.

Крутящий момент

Крутящий момент — ещё одна силовая характеристика шпинделя, напрямую зависящая от мощности:

τ – крутящий момент

ω – угловая скорость

На величину крутящего момента шпинделя влияет его конструкция. Существует несколько типов привода шпинделя: как правило, наибольший момент развивает шпиндель с зубчатой передачей. Большой крутящий момент нужен для обработки вязких материалов, таких как титан, нержавейка или жаропрочная сталь.

Возвращаясь к примеру со сверлением можно увидеть, что для сверления отверстия диаметром 50 мм с частотой вращения шпинделя 637 об/мин необходим крутящий момент 190,15 Н/м. Это довольно большая величина.

Формула для вычисления крутящего момента при сверлении:

M_c — потребляемый крутящий момент

D_c — диаметр сверла

k_c — удельная сила резания

f — подача на оборот

По аналогии с мощностью крутящий момент часто указывают при продолжительном режиме (S1/ED100%) и перемежающемся режиме (S6/ED40%).

Ниже приведен график момента шпинделя станка CTX510ecoline:

По аналогии с графиком мощности на графике момента изображены две кривые: верхняя (пунктирная) линия это S6, нижняя (сплошная) линия – S1. Из графика видно, что до 500 об/мин величина крутящего момента максимальна, а при дальнейшем увеличении числа оборотов он уменьшается. Крутящий момент в двигателе создается за счет скольжения магнитного поля в статоре: при достижении номинальных оборотов скольжение начинает изменяться, что и вызывает снижение крутящего момента.

Таким образом следует учитывать, что крутящий момент, так же как и мощность зависит от режима работы двигателя: с перемежающей нагрузкой и до номинальных оборотов достигается максимальное значение крутящего момента в 630,6 Н/м, а при максимальных оборотах в этом же режиме крутящий момент составит примерно 100 Н/м.

Из графика видно, что шпиндель с такими характеристиками обеспечивает необходимый крутящий момент при работе со сверлом диаметром 50 мм с частотой вращения шпинделя 637 об/мин на любых режимах работы.

Подшипники

Исключения составляют токарные автоматы для обработки прутка, где частота вращения может достигать 12 000–15 000 об/мин. Как правило, такие станки рассчитаны на обработку маленьких деталей, которые изготавливаются из прутка. При выборе подобного станка важно обратить внимание на материал сепаратора подшипника, которые могут быть изготовлены из металла или из полимера.

Сепаратор из металла в свою очередь бывают штампованные или механически обработанные. Штампованные сепараторы изготавливаются из листового железа — по сравнению с механически обработанными они имеют меньший объем и массу. Также штампованные сепараторы обеспечивают лучшую смазку обойм и тел качения подшипника.

Механически обработанные сепараторы применяются на более скоростных подшипниках, так как этот тип сепаратора более массивный и жесткий. Главным минусом этого типа сепараторов является неустойчивость к ударным нагрузкам — при резком изменении частоты вращения он может повредить тела качения.

Полимерные сепараторы более устойчивы к переменным и ударным нагрузкам, они также являются самыми тихими из всех. Главный их недостаток — невозможность работы при высоких температурах.

Проходное отверстие в шпинделе

Диаметр проходного отверстия — ещё один важный параметр шпинделя. При обработке прутка он ограничивает максимальный диаметр заготовки, которую допустимо в этом шпинделе обрабатывать.

Если диаметр прутка меньше диаметра проходного отверстия шпинделя, необходимо использовать специальные переходные втулки или трубы.

Переходные втулки компенсируют зазор между прутком и отверстием шпинделя, чтобы при вращении пруток не повредил внутреннюю поверхность отверстия шпинделя. Переходные втулки изготавливаются как из стальных сварных труб, так и из полимерных материалов типа капролона или фторопласта. Полимерные трубки также гасят значительную долю вибраций, возникающих при вращении прутка.

Иногда бывает необходимо при обработке разместить часть заготовки в шпинделе, что так же может привести к трудностям, если проходное отверстие окажется меньше диаметра заготовки.

Кстати, существует отдельный тип шпинделей для обработки труб. Такие шпиндели отличаются большим проходным отверстием и наличием дополнительного патрона с другой стороны.

Тип привода шпинделя

По типу привода токарные шпиндели делятся на три основных типа.

Является наиболее бюджетным из всех типов.

Также в силу своей конструкции ремённый привод позволяет избежать повреждений самого электродвигателя в случае аварии.

Из минусов стоит отметить наименьшую нагрузочную способность шпинделя, так как натяжение ремня создаёт постоянную радиальную нагрузку на его задние подшипники. С увеличением мощности и скорости шпинделя требуемое натяжение и, соответственно, радиальная нагрузка на подшипники также возрастают и тем самым исчерпывают радиальную нагрузочную способность подшипников.

Следует также отметить, что шпиндели с ремённым приводом имеют невысокую точность позиционирования оси С при выполнении фрезерования.

К плюсам этого типа передачи следует отнести способность передать большой крутящий момент. За счет отдельной установки двигателя и шпинделя он, так же как и в случае с ременной передачей, обладает многообразием характеристик.

Недостатком таких шпинделей является низкая частота вращения, которая сильно снижает область их применения, а так же отсутствие плавности хода и повышенный шум.

Главным минусом такого шпинделя является дорогостоящее обслуживание и ремонт в случае поломки, а так же ограниченный выбор характеристик, так как двигатель встроен в шпиндель и соответственно ограничен его размерами. Преимуществом является возможность работы на высоких оборотах, жесткость конструкции, плавность хода и точность позиционирования оси С при работе в режиме фрезерования.

Тип фланца для крепления зажимного механизма

Самый распространенный тип фланца — тип «А» (DIN 55026) (используется на большинстве азиатских станков). Такие фланцы имеют коническую посадочную поверхность и резьбовые отверстия, расположенные радиально на торце.

Еще один часто встречающийся тип фланца — «C» (DIN 55027). Он, так же как и тип «А» имеет конусную посадку, но вместо крепления болтами здесь используется байонетное соединение.

Так же существует американский стандарт типа L, который представляет собой длинный конус, шпонку и прижимную гайку. Такой тип фланца встречается реже описанных выше.

Почти все современные токарные станки имеют гидравлический привод зажима заготовок. Поэтому при выборе патрона важно учитывать и параметры тяговой трубы. Этот элемент предназначен для передачи тягового усилия от гидроцилиндра к зажимному патрону, фиксирующему заготовку. Как правило, с зажимным патроном поставляется гайка для соединения тяговой трубы и патрона. Эта гайка не имеет резьбы, так как разные производители станков изготавливают разную резьбу на своих тяговых трубах. При замене патрона важно иметь техническую возможность такую гайку доработать.

Самое простое решение — заказать у производителя зажимного патрона сразу весь комплект переходных элементов, предоставив ему чертежи фланца вашего двигателя и сообщив параметры тяговой трубы.

Специалисты маркетплейс СТАНКОТЕКА помогают покупателям в подборе необходимого оборудования, максимально отвечающего условиям и потребностям конкретного производства. Составьте техническое задание и отправьте его нашим консультантам, воспользовавшись любым удобным каналом связи.

Источник

При выборе режима обработки детали специалисту нужно в равной степени учитывать как производительность оборудования, так и чистоту исполнения готовой поверхности. Баланс между ними напрямую зависит от таких параметров, как скорость подачи и частота вращения шпинделя токарного или фрезерного станка.

Рассмотрим характеристики максимально подробно, ведь они особенно важны в условиях современной многозадачности техники. В одну-единственную программу управления может быть заложена и контурная резка, и нанесение гравировки, и расширение сквозных отверстий, причем пластиковых, металлических, деревянных, композитных заготовок, различающихся между собой структурой, размерами, сопротивлению резанию. Поэтому просто необходимо грамотно регулировать входные данные – чтобы избежать обжогов, шероховатостей, преждевременного затупления рабочих кромок.

Уделим внимание всему, что связано с настройкой.

Что такое скорость и частота вращения шпинделя

Начнем с определений. В случае с подачей это динамика линейного перемещения – вала, каретки, портала – за единицу времени. Оказывает прямое влияние на объем снятия материала, поэтому ее стараются максимизировать, но так, чтобы целостность резца не подвергалась риску. Если задать избыточное значение характеристики, такое, какое инструмент не сможет выдержать на практике, это обернется сколами на лезвии или деформацией хвостовика. Также нужно учитывать чрезмерный нагрев: в погоне за производительностью не стоит жертвовать остротой и ресурсом кромок.

В свою очередь, частота вращения шпинделя – это то количество оборотов, которое он совершает за определенный срок. Чем она выше, тем большее количество деталей можно обработать за единицу времени, но и тем быстрее резец выходит из строя. Почему? Потому что выделяемое в процессе гравировки или расточки тепло просто не рассеивается до конца и негативно влияет на все элементы системы в принципе. На практике величина данного параметра автоматически регулируется встроенной электроникой – в портальном оборудовании, в том числе и с ЧПУ, в составе которого нет конструкционно сложных механических узлов (например, коробок передач).

Типы шпинделей по числу оборотов

По данному показателю все валы разделяют на 3 категории:

Как определить частоту вращения шпинделя

Для этого необходимо создать технологическую карту изготовления детали. Вопрос решается в 5 этапов – рассмотрим каждый из них.

Уделяем внимание исходным данным

Нужно определить следующие параметры (в том числе и конкретные значения некоторых из них):

Применяем формулу оборотов шпинделя

Согласно ей, частота вращения находится как:

Свое влияние на производительность технологической операции оказывает преобразователь (облегчает изменение параметров) и инвертор (частично компенсирует потерю крутящего момента при резком замедлении вала). Но при прочих равных на первый план по степени важности выходит сечение лезвия и конструктивные особенности самого оборудования.

Выбираем инструмент и станок

Раз чрезмерная частота вращения шпинделя (из формулы и объяснений выше) убыстряет износ кромок, логично отдавать предпочтение резцу, способному выдерживать максимально большое количество оборотов. Для этого он должен быть исполнен из износостойкого сплава или просто оставаться подходящей формы. Например, фрезы для создания канавок продержатся дольше тех, что предназначены для создания плоских поверхностей.

Если есть такая возможность, обязательно проводите визуальный осмотр инструмента, внимательно проверяя его на отсутствие изъянов: даже мельчайшие дефекты со временем разовьются и точно убыстрят износ.

При выборе оборудования учитывайте, какие задачи оно будет решать. Нанесение резьбы требует одной производительности, сверление или формовка корпусных деталей – уже другой, блок ЧПУ может убыстрять или замедлять работу и так далее. Возможности промышленного будут отличаться о того, что предназначено для домашней мастерской, и тому подобное.

Выполняем расчет оборотов шпинделя и режима резания

Составляется технологическая карта, а уже на ее основе – необходимые чертежи с информативными таблицами. При этом частота находится путем подстановки значений в указанную формулу. Диаметр – это известная или, по крайней мере, измеряемая величина, скорость перемещения – тоже. Исходя из ее показателей и принимается решение о производительности, с которой будет функционировать оборудование.

Проводим заключительный этап

После этого осуществляется проверка, в ходе которой определяется:

С учетом результатов пробного запуска делается вывод об эффективности и актуальности режима и устанавливается, нужно ли вносить какие-либо изменения.

Расчет скорости вращения шпинделя токарного или фрезерного станка

Зачастую происходит так, что по паспорту известно номинальное количество оборотов, но непонятно, насколько быстро лезвие оборудования проходит свой путь по заготовке. В таких случаях нужно лишь воспользоваться обратным соотношением:

Отсюда ясно, что два этих параметра взаимосвязаны, и один выражает собой другой, а значит влияет на:

Распространенные ошибки при выборе режимов резания

Очень часто начинающие токари и фрезеровщики не согласовывают скорости – это оборачивается концентрацией напряжений на кромке, а значит повышает вероятность поломки инструмента в таких «критических» точках и вызывает другие проблемы.

Есть две классические ситуации:

Поэтому на практике нужно проводить расчет частоты вращения шпинделя для каждой технологической операции и, на основе полученных результатов, соотносить подачу, чтобы обеспечивать не только скорость, но и точность, и безопасность процесса. Тем более что все величины можно принимать в некотором диапазоне – всегда есть место для допусков. Помните, что длительная эксплуатация инструмента – следствие правильного подхода, тогда как неожиданная поломка – результат допущенных ошибок.

И универсальный совет – проводите обработку в несколько этапов: сначала черновую, по максимуму снимая ненужный металл, потом чистовую, более медленно, и, наконец, финишную – для шлифовки мельчайших неровностей.

Рекомендации по выбору режима резания

Рассмотрим еще несколько распространенных случаев и те стандартные и проверенные на практике решения, которые допустимо и рационально применять в данных ситуациях.

Число оборотов шпинделя токарного станка слишком велико

Даже минимальное для оборудования количество может быть чрезмерным. Чаще всего это наблюдается тогда, когда лезвием большого диаметра пытаются обработать какой-то материал повышенной прочности. Можно предпринять следующее:

Скорость подачи слишком мала

Если привод стабильно не обеспечивает необходимую производительность труда, можно принять одно из следующих решений:

Налипание отходов при фрезеровании алюминиевых деталей

Данный металл отличается низкой температурой плавления и поэтому в значительном количестве остается на поверхности разогревшейся кромки. Новички часто решают этот вопрос путем замедления техпроцесса, но ведь это значительно снижает производительность труда, и выпуск заготовок обходится дороже.

Поэтому нужно поступить по-другому, а именно пересмотреть состав смазочно-охлаждающей жидкости, а если он в норме, то использовать его в большем объеме. Если оборудование в принципе не потребляет СОЖ, необходимо внедрить одно из альтернативных решений, допустим, удалять стружку вакуумным методом или периодически продувать зону контакта сжатым воздухом.

Обработка глубоких отверстий

В данную категорию попадают те, чья глубина в 6 раз больше диаметра. В этой ситуации важно не столько число оборотов шпинделя (формула его вычисления не поменялась), сколько специфика выполнения операции. Чтобы предотвратить поломку лезвия или его уход с оси, следует:

Как фрезеровать пазы

Для этого необходимо правильно соотнести глубину и ширину стружки с производительностью оборудования. Вы уже знаете, как рассчитать обороты шпинделя, а значит сможете без проблем вычислить скорость, обладая данными о диаметре фрезы.

Поэтому сосредоточим внимание на других закономерностях. Например, на том факте, что погружение в деталь способствует более равномерному распределению нагрузок, но оно же усиливает отгиб кромки и ухудшает отвод отходов. Ну а увеличение ширины приводит к замедлению обработки, а значит к производственным потерям.

Оптимальное сочетание в данном случае находится опытным путем: необходимо протестировать технику в самых разных режимах, и найти тот, который сможет лучше всего удовлетворять условиям выпуска. Важный момент: пробная заготовка должна быть идентична «реальной» во всем, в том числе и в материале исполнения. Только такой подход обеспечит необходимую точность результатов.

Теперь, когда вы знаете о вопросе все, вплоть до единицы измерения частоты вращения шпинделя (об/мин), можете заранее рассчитать, какая скорость нужны для выполнения актуальных технологических операций, и выбрать подходящее оборудование. Ответственные заводы-изготовители конструируют свои станки с учетом актуальных потребностей предприятий, включая в базовую комплектацию разнообразие инструментов, решений и технологий для обработки самых разных заготовок из металла, пластика, дерева. Именно такой подход исповедует ижевский «Сармат», в каталоге которого вы найдете сразу ряд достойных моделей – надежных, удобных в пользовании, высокопроизводительных, экономичных.

Источник