Режимы резания при точении: скорость, обороты, подача на оборот и глубина

Из чего состоит режим точения

ГОСТ 25762-83 (действует) определяет режим резания как совокупность значений скорости резания, подачи или скорости движения подачи и глубины резания. В каталогах инструмента и в статье — обозначения ISO, в старых технологических картах — по ГОСТ:

Глубина резания при продольном точении — половина разности диаметров до и после прохода.

Скорость резания и обороты

На токарном станке диаметр под резцом меняется от прохода к проходу, а при подрезке торца — непрерывно. При постоянных оборотах (G97) скорость резания падает вместе с диаметром. Поэтому на станках с ЧПУ обычно задают постоянную скорость резания G96: система сама поднимает обороты на меньшем диаметре. Предел оборотов при этом задают обязательно — как это пишут в программе, разобрано в статье «Структура управляющей программы».

Пример: vc = 200 м/мин на Ø20 требует 1000 · 200 / (π · 20) ≈ 3183 об/мин. Если предел оборотов 3000, фактическая скорость на этом диаметре — π · 20 · 3000 / 1000 ≈ 188 м/мин, а ближе к оси она падает до нуля.

Подача на оборот и глубина резания

Подача на оборот fn задаёт толщину стружки, время прохода и шероховатость. Глубина ap — нагрузку на кромку и число проходов. Их выбирают вместе с пластиной:

• Геометрия пластины. Sandvik Coromant делит геометрии на чистовые (малые глубины и подачи, низкие силы), получистовые (широкий диапазон) и черновые (большие глубины и подачи, наибольшая прочность кромки). Каждой геометрии соответствует своя область дробления стружки по fn и ap — она в каталоге производителя.
• Радиус при вершине не больше глубины. Правило Sandvik Coromant: RE равен глубине резания или меньше. Если глубина меньше радиуса, кромка трётся, растут радиальная сила и склонность к вибрациям. Особенно это важно при растачивании.
• Чем больше радиус, тем прочнее кромка и тем выше допустимая подача, но больше радиальная сила. Для вибрационно-опасных деталей радиус уменьшают.

Как читать радиус и форму пластины в её обозначении — в статье «Токарные пластины: маркировка ISO».

Стружка

Sandvik Coromant советует начинать с меньшей подачи — ради надёжности кромки и шероховатости — и поднимать её, пока стружка не начнёт ломаться: большая подача даёт более толстую и жёсткую стружку. Чем больше глубина, тем большее усилие нужно, чтобы стружку сломать. Меньший радиус при вершине лучше управляет стружкой, чем больший.

Время, съём и мощность

Удельная сила резания kc зависит от материала и толщины стружки: чем тоньше стружка, тем kc больше; при положительном переднем угле она меньше (Sandvik Coromant). Значение для своего материала и подачи берут у производителя инструмента. Мощность резания сравнивают с мощностью шпинделя по паспорту станка.

Пример расчёта

Продольное точение вала Ø50, длина прохода 100 мм. Стартовые данные условные, как их мог бы дать каталог: vc = 200 м/мин, fn = 0,2 мм/об, ap = 2 мм, пластина с RE 0,8 мм — радиус меньше глубины, правило выполнено.

1. Обороты: n = 1000 · 200 / (π · 50) ≈ 1273 об/мин.
2. Минутная подача: vf = 0,2 · 1273 ≈ 255 мм/мин.
3. Основное время: Tc = 100 / 255 ≈ 0,39 мин — около 24 секунд на проход.
4. Съём: Q = 200 · 2 · 0,2 = 80 см³/мин.
5. Расчётная шероховатость: по таблице Sandvik Coromant для RE 0,8 мм и подачи 0,2 мм/об — Ra 1,25 мкм.

Обороты и минутную подачу можно проверить в калькуляторе режимов резания.

Подача и шероховатость

Шероховатость после точения задают подача и радиус при вершине. Sandvik Coromant приводит таблицу Ra для обычных пластин; значения для RE 0,4 и 0,8 мм производитель называет расчётными. Числа ниже — из этой таблицы, а не из упрощённой формулы через квадрат подачи и радиус: они с ней не совпадают, и смешивать их не нужно. Фактическая шероховатость зависит ещё от износа, вибраций и материала:

Пластины с зачищающей кромкой (wiper) по ориентиру Sandvik Coromant дают ту же шероховатость при вдвое большей подаче или вдвое лучшую при той же. Они рассчитаны в основном на продольное точение и подрезку торца. Какую Ra назначать под подшипник, манжету или покрытие, разобрано в статье «Шероховатость поверхности Ra и Rz».

Вибрации и жёсткость

Если режим по каталогу вызывает вибрации, причину чаще ищут в системе, а не в цифрах:

• Угол в плане держат близким к 90°: даже небольшое отклонение меняет направление силы. При растачивании, по Sandvik Coromant, угол в плане не меньше 75°.
• Вылет инструмента — минимальный; длина зажима борштанги — не меньше трёх её диаметров.
• Вылет заготовки. Для закалённых деталей Sandvik Coromant считает нормой L/D до 2:1 при закреплении с одной стороны; для обычных заготовок ориентиры по L/D — в статье «Обработка нежёстких валов».
• Глубина больше радиуса при вершине — так растёт осевая сила и уменьшается радиальная, которая и раскачивает тонкие детали.

Где ошибаются

• Постоянные обороты на торце и ступенчатом валу. На малом диаметре скорость резания падает в разы — шероховатость и стойкость хуже расчётных.
• G96 без предела оборотов. Чем ближе резец к оси, тем выше обороты, которые запросит система. Предел задают перед G96.
• Радиус при вершине больше глубины чистового прохода. Кромка трётся, появляются вибрации; радиус подбирают под глубину.
• Чистовую подачу ставят «с запасом». Подача вдвое меньше нужной по шероховатости — вдвое больше основное время. Подачу выбирают по таблице шероховатости, а если её не хватает — берут wiper-пластину.
• Режим без учёта материала. Стартовые данные зависят от группы материала и сплава пластины — общих чисел «для стали» нет.