Режимы резания при точении и фрезеровании: как рассчитать

Режим резания задают три величины: скорость резания vc, подача f и глубина резания ap. Скорость берут из каталога инструмента под материал детали, затем считают обороты по формуле n = 1000 × vc / (π × D): при vc = 200 м/мин и диаметре 50 мм это 1273 об/мин. Ниже формулы, типичные скорости для групп материалов ISO по каталогам инструмента и два полных примера расчёта.

Из чего состоит режим резания

• Скорость резания vc, м/мин. Путь, который кромка проходит по поверхности за минуту. От неё в первую очередь зависят нагрев кромки и стойкость инструмента.
• Подача. На оборот fn в мм/об при точении и сверлении, на зуб fz в мм при фрезеровании, минутная vf в мм/мин для программы станка.
• Глубина резания ap, мм. При фрезеровании к ней добавляется ширина фрезерования ae, мм.

Порядок расчёта всегда один: по материалу детали и инструменту берут скорость и подачу из каталога, считают обороты и минутную подачу, затем проверяют мощность станка и шероховатость.

Скорость резания и частота вращения

Скорость резания связана с оборотами через диаметр: vc = π × D × n / 1000, отсюда n = 1000 × vc / (π × D). Диаметр D подставляют в миллиметрах: при точении это диаметр обрабатываемой поверхности детали, при фрезеровании и сверлении диаметр инструмента.

Диаметр при точении по ходу обработки меняется, особенно при подрезке торца, и к центру скорость падает. Токарные станки с ЧПУ умеют держать постоянную скорость резания, повышая обороты по мере уменьшения диаметра. В этом режиме обязательно ограничивают максимальные обороты шпинделя.

Концевая фреза с радиусом на торце или сферическая фреза на малой глубине режет не полным диаметром, а меньшим эффективным. Каталожную скорость тогда пересчитывают на эффективный диаметр, иначе реальная скорость окажется ниже расчётной.

Подача: на оборот, на зуб и минутная

Токарную подачу задают на оборот, fn в мм/об, а минутная подача, которую отрабатывает станок, равна vf = fn × n.

Нагрузку на каждый зуб фрезы определяет подача на зуб fz, минутную подачу считают как vf = fz × z × n, где z число зубьев. Пример: фреза с четырьмя зубьями, fz = 0,05 мм, n = 4000 об/мин дают vf = 0,05 × 4 × 4000 = 800 мм/мин.

Когда фреза работает узкой полосой и ширина ae меньше половины диаметра, реальная толщина стружки меньше подачи на зуб. Её считают через угол контакта: hex = fz × sin β, где β = arccos(1 − 2 × ae / D). При ae = 1 мм и D = 10 мм sin β = 0,6, и чтобы стружка была 0,06 мм, подачу на зуб поднимают до 0,1 мм. Слишком тонкая стружка заставляет кромку тереться вместо резания и ускоряет износ по задней поверхности.

Шероховатость при точении задают подача и радиус при вершине пластины. Теоретическая высота неровностей Rz ≈ f² / (8 × r): при f = 0,15 мм/об и r = 0,8 мм это около 3,5 мкм. Чтобы получить более гладкую поверхность, уменьшают подачу или берут пластину с большим радиусом.

Глубина резания и объём снятого металла

Глубина резания при точении равна половине разницы диаметров до и после прохода: с 60 до 55 мм за проход ap = 2,5 мм. При фрезеровании различают осевую глубину ap и радиальную ширину ae.

Производительность оценивают объёмом снятого металла: при точении Q = vc × ap × fn, при фрезеровании Q = ap × ae × vf / 1000, оба результата в см³/мин. По этой величине сравнивают варианты режима и проверяют мощность. Для фрезерования мощность резания Pc = ap × ae × vf × kc / (60 × 10⁶) кВт, где kc удельная сила резания материала из каталога.

Типичные глубины и подачи при точении конструкционной стали пластинами из твёрдого сплава, по каталогу одного из производителей:

Скорости резания по группам материалов ISO

Материалы делят на шесть групп ISO: P стали, M нержавеющие стали, K чугуны, N цветные металлы, S жаропрочные и титановые сплавы, H закалённые стали. В таблице типичные диапазоны из каталогов производителей инструмента: для точения твердосплавными пластинами (для чугуна и закалённых сталей отдельно указаны керамика и CBN) и для фрезерования монолитными твердосплавными фрезами. Точные значения зависят от марки сплава, геометрии и жёсткости системы, их берут в каталоге конкретного инструмента.

Таблица показывает порядок величин: нержавейку режут медленнее конструкционной стали, титан и никелевые сплавы в несколько раз медленнее, алюминий заметно быстрее. Нижнюю границу диапазона берут для черновой обработки и более твёрдых материалов внутри группы, верхнюю для чистовой.

Для чугуна, закалённых сталей и жаропрочных никелевых сплавов применяют керамические пластины для точения и канавок. Серый чугун ими точат примерно вдвое быстрее, чем твёрдым сплавом. Керамика хрупкая и чувствительна к ударам и прерывистому резанию, поэтому ей нужна жёсткая система станок, деталь, инструмент.

Примеры расчёта

Точение вала из стали 45

Вал диаметром 60 мм, черновой проход до 55 мм на длине 150 мм, пластина из твёрдого сплава с покрытием. По таблицам берём vc = 200 м/мин и fn = 0,3 мм/об.

• Обороты: n = 1000 × 200 / (π × 60) ≈ 1061 об/мин.
• Глубина: ap = (60 − 55) / 2 = 2,5 мм.
• Минутная подача: vf = 0,3 × 1061 ≈ 318 мм/мин.
• Объём снятого металла: Q = 200 × 2,5 × 0,3 = 150 см³/мин.
• Машинное время прохода: 150 / 318 ≈ 0,47 мин, около 28 с.

Фрезерование уступа концевой фрезой

Твердосплавная фреза диаметром 10 мм с четырьмя зубьями, сталь 45, боковое фрезерование на ширину ae = 5 мм (половина диаметра) и глубину ap = 15 мм. Производитель монолитных фрез с покрытием TiAlN даёт для такой стали скорость 140-190 м/мин и подачу на зуб около 0,07 мм для диаметра 3/8 дюйма; берём vc = 150 м/мин и fz = 0,06 мм с запасом.

• Обороты: n = 1000 × 150 / (π × 10) ≈ 4775 об/мин.
• Минутная подача: vf = 0,06 × 4 × 4775 ≈ 1146 мм/мин.
• Объём снятого металла: Q = 15 × 5 × 1146 / 1000 ≈ 86 см³/мин.
• Для паза на всю ширину фрезы подачу на зуб снижают примерно на 20 %, до 0,048 мм, а глубину берут не больше диаметра.

Подходящая фреза есть в каталоге: OCT500 диаметром 10 мм, четыре зуба, покрытие TiAlN с длиной режущей части 25 мм. Расчёт выше ориентировочный, режимы под ваш станок и материал уточним по телефону.

Как СОЖ влияет на режимы

• Точение и сверление. Резание непрерывное, СОЖ отводит тепло, смывает стружку и смазывает кромку. Нехватка охлаждения ускоряет износ и способствует наросту на кромке.
• Черновое фрезерование. Резание прерывистое: кромка то нагревается, то остывает. Производители инструмента предупреждают, что СОЖ усиливает перепады температуры и вызывает термотрещины, поэтому черновое фрезерование твёрдым сплавом рекомендуют вести всухую.
• Когда СОЖ при фрезеровании нужна. Чистовая обработка нержавейки и алюминия (против налипания металла на поверхность), жаропрочные сплавы на низких скоростях, чугун для связывания пыли, тонкостенные детали, которые иначе поведёт от нагрева.
• Паспорт инструмента. Окончательно решает производитель фрезы или пластины. Например, в карточках наших монолитных фрез OCT500 и OCT560 указано, что максимальный ресурс они дают только с СОЖ.

Если работаете с эмульсией, держите её в рабочей концентрации: разбавленная жидкость хуже смазывает и защищает от коррозии. Как проверять концентрацию, рассказано в статье об измерении концентрации СОЖ рефрактометром. Выбор жидкости под операцию разобран в статьях СОЖ для токарного станка и СОЖ для фрезерного станка на нашем сайте.

Частые вопросы

Как рассчитать обороты шпинделя по скорости резания?

По формуле n = 1000 × vc / (π × D), где vc скорость резания в м/мин, D диаметр в мм. Для фрезы диаметром 10 мм при vc = 150 м/мин получается около 4775 об/мин.

Чем подача на зуб отличается от подачи на оборот?

Подача на оборот fn показывает, на сколько смещается инструмент за один оборот, её задают при точении и сверлении. Подача на зуб fz приходится на один зуб фрезы: fn = fz × z, а минутная подача vf = fz × z × n.

Какую скорость резания брать для нержавейки?

Для аустенитной нержавейки при точении твердосплавными пластинами каталоги дают около 100-240 м/мин при непрерывном резании и 80-150 м/мин при прерывистом, для монолитных фрез около 60-115 м/мин. Точное значение берут по марке сплава пластины или фрезы.

Почему инструмент быстро изнашивается на рекомендованной скорости?

Частые причины: слишком тонкая стружка из-за малой подачи, когда кромка трётся вместо резания, нехватка СОЖ там, где она нужна, вибрации и большой вылет. Проверьте подачу на зуб с учётом утонения стружки и жёсткость закрепления.

Что такое постоянная скорость резания на токарном станке?

Это режим, в котором станок с ЧПУ сам меняет обороты при изменении диаметра, чтобы скорость резания оставалась заданной. При подрезке торца к центру обороты растут, поэтому для этого режима задают ограничение максимальных оборотов.

Подберём СОЖ под ваши режимы и материал, а также концевые фрезы и керамические пластины. Звоните +7 (495) 135-25-88 или смотрите в каталоге фрезы по металлу и керамические пластины для точения, а также СОЖ для токарной и фрезерной обработки с доставкой по России.