Режимы резания, стружка, СОЖ и вибрации: что видит и что меняет оператор

Из чего состоит режим резания

Режим резания задаёт, как быстро и сколько металла снимает инструмент. Величин несколько, и путать их нельзя:

• Скорость резания vc, м/мин — с какой скоростью кромка проходит по металлу. Её дают каталоги для пары «инструмент — группа материала».
• Частота вращения n, об/мин — сколько оборотов делает шпиндель. Её задают в программе.
• Подача на зуб fz, мм — на сколько продвигается фреза, пока режет один зуб. От неё зависит толщина стружки на каждом зубе. На токарном станке вместо неё — подача на оборот f, мм/об.
• Минутная подача vf, мм/мин — скорость движения стола или суппорта.
• Глубина резания ap и ширина резания ae, мм — насколько инструмент входит в металл по оси и сбоку.

Скорость резания и обороты связаны через диаметр: на одной и той же скорости фреза малого диаметра должна крутиться быстрее большой.

На токарном станке минутная подача — это подача на оборот, умноженная на обороты: vf = f · n. При точении D — диаметр детали в месте резания, поэтому при подрезке торца к центру скорость резания падает. Режим постоянной скорости резания поднимает обороты по мере уменьшения диаметра, но не выше заданного предела оборотов.

Пример. Концевая фреза D = 10 мм, z = 4. Допустим, каталог для вашего материала даёт vc = 150 м/мин и fz = 0,05 мм — значения для примера. Тогда n = 1000 · 150 / (π · 10) ≈ 4775 об/мин, vf = 0,05 · 4 · 4775 ≈ 955 мм/мин. Если поставить трёхзубую фрезу с теми же vc и fz, минутная подача упадёт до 0,05 · 3 · 4775 ≈ 716 мм/мин. Пересчёт для своего инструмента — в калькуляторе режимов резания.

Откуда брать режимы

Рабочие режимы оператор не придумывает. Их источники:

• Техкарта или программа технолога — режимы уже заложены, оператор их проверяет на первой детали.
• Каталог производителя инструмента — vc и fz или f для конкретной серии фрез или пластин, сплава и группы материала ISO. Начинают с середины рекомендованного диапазона и корректируют по стружке и звуку.

Две частые ошибки при пересчёте:

1. Шпиндель не даёт оборотов. Допустим, нужно 12 732 об/мин, а шпиндель — до 8000. Подачу на зуб оставляют прежней, а минутную пересчитывают по фактическим оборотам. Если оставить минутную подачу «из расчёта», нагрузка на зуб вырастет во столько же раз, во сколько обороты меньше расчётных: здесь 12 732 / 8000 ≈ 1,6 раза.
2. Узкая полоса резания. Когда ширина резания меньше половины диаметра, стружка становится тоньше подачи на зуб — это утонение стружки. Слишком тонкая стружка — частая причина плохой работы фрезы: кромка трёт, изнашивается и может вызвать вибрации. Подачу на зуб в этом случае поднимают по таблице поправок каталога.

Износ инструмента и его признаки

Инструмент изнашивается всегда, вопрос — когда его менять. Признаки, которые видит оператор:

• Растут силы резания. Изношенная кромка давит сильнее, деталь и инструмент отжимаются больше.
• Уходит размер и шероховатость. Абразивный износ скругляет кромку постепенно, поэтому в серии стойкость фиксируют по числу деталей и сравнивают размер первой и последней детали на кромке.
• Нарост и заусенцы. На вязких металлах, особенно на алюминии, металл налипает на кромку — нарост на кромке. Отсюда заусенцы и плохая поверхность.
• Выкрашивание и сколы. На титане они приходят внезапно, поэтому смену инструмента планируют по времени, а не по отказу.

Постепенный уход размера от износа или отжима компенсируют правкой коррекции (урок 3). Сколотую кромку коррекцией не исправить — пластину или инструмент меняют.

Стружка: дробится или наматывается

По стружке видно, правильный ли режим. Стружка должна уходить из зоны резания и не застревать. Длинная вьющаяся стружка наматывается на деталь и инструмент.

На токарном станке стружку ломает стружколом — рельеф на пластине. Каждая геометрия рассчитана на свой диапазон подач и глубин. Производители советуют начинать с малой подачи, а затем поднимать её, чтобы стружка ломалась лучше. Если во всём рабочем диапазоне стружка всё равно вьётся — стружколом не подходит к режиму, нужна геометрия для меньших подач и глубин.

На фрезерном станке главное — вывести стружку из кармана или паза. Стружка, попавшая под зуб второй раз, налипает на кромку и рвёт стенку. Поэтому для алюминия берут фрезы с двумя-тремя зубьями и просторными канавками, а в глубоких полостях помогает подача СОЖ через инструмент.

Вибрации: что менять

Вибрации портят поверхность, точность и стойкость инструмента. Главное средство против них — жёсткость системы «станок — оснастка — инструмент — деталь»: люнет или более короткий вылет обычно дают больше, чем подбор режимов. Что помогает, по рекомендациям производителей инструмента и станков:

Фреза с неравномерным шагом — зубья расставлены на разных углах — сбивает частоту ударов зубьев, и колебания не раскачиваются. Если деталь или приспособление слабы в одном направлении, вибрации может снизить встречное фрезерование вместо попутного.

СОЖ: зачем, какая и как за ней следить

У смазочно-охлаждающей жидкости четыре задачи: охлаждать, смазывать, уносить стружку и защищать деталь и станок от коррозии. Водосмешиваемые жидкости — эмульсии, полусинтетика, синтетика — охлаждают лучше, масла берут там, где важнее смазка. Подают СОЖ поливом из сопел, под давлением через шпиндель и каналы инструмента или масляным туманом (MQL), который смазывает, но почти не охлаждает.

Лить СОЖ всегда не обязательно. Черновое фрезерование твердосплавными пластинами производители советуют вести всухую: при прерывистом резании кромка то нагревается, то остывает, и жидкость усиливает термические трещины. Для алюминия производители инструмента, наоборот, советуют СОЖ: без неё металл размазывается по кромке и поверхности. Детали из магниевых сплавов по ГОСТ 12.3.025-80 обрабатывают без СОЖ. Какой способ выбран для операции, указано в техкарте.

Концентрация — главный параметр водосмешиваемой СОЖ. Её меряют рефрактометром:

Ноль прибора выставляют по той же воде, на которой готовят раствор. Если граница на шкале размыта — в бак попало много постороннего масла из станка.

Правила ухода за баком:

• Доливают готовый раствор: вода испаряется, концентрация растёт — доливают слабый раствор; концентрация упала — крепче. Чистую воду или концентрат прямо в бак не льют.
• Концентрат льют в воду, а не воду в концентрат: иначе эмульсия может «перевернуться».
• Падение pH — признак низкой концентрации или бактерий. Запах — тоже от бактерий: они разлагают жидкость, появляется коррозия.
• Постороннее масло убирают скиммером или сепаратором, концентрацию и pH записывают в журнал.
• Пробу берут и бак доливают, не залезая в рабочую зону работающего станка. Отработанную СОЖ сливать в канализацию без очистки ГОСТ 12.3.025-80 запрещает.
• СОЖ и её туман действуют на кожу и дыхание (урок 1). С концентратом и баком работают в средствах защиты, которые требуют инструкция предприятия и паспорт продукта. Раздражение кожи или сильный туман над станком — повод сообщить мастеру.

Нержавейка, титан, алюминий: в чём разница

У нержавейки нельзя уменьшать подачу «для чистоты». Если зуб срезает слой тоньше наклёпанного, он всё время режет упрочнённый металл и оставляет новый наклёп. Отраслевое руководство по нержавеющим сталям рекомендует подачу не меньше 0,076 мм, чтобы резать под наклёпанным слоем. По той же причине вредны остановка подачи с вращающейся фрезой и лишние проходы «по воздуху».

Что проверить перед пуском

• Обороты и подача в программе совпадают с техкартой; если шпиндель ограничен — минутная подача пересчитана, подача на зуб сохранена.
• Инструмент и пластина подходят к группе материала детали, кромки без сколов и наростов.
• Концентрация СОЖ проверена рефрактометром, сопла направлены в зону резания, бак долит раствором.
• Задан режим СОЖ для операции: полив, через инструмент, туман или всухую — как в техкарте.
• На первой детали следите за стружкой и звуком: длинная вьющаяся стружка или гул — остановить и разобраться.