Содержание статьи
Правильный выбор режимов резания является основополагающим фактором успешной механической обработки металлов. От корректного назначения скорости резания, подачи и глубины резания зависит не только качество получаемой поверхности и точность размеров, но и стойкость режущего инструмента, производительность обработки и экономическая эффективность всего технологического процесса. В данной статье мы подробно рассмотрим теоретические основы и практические аспекты выбора режимов резания для различных материалов и типов обработки.
Основные параметры режимов резания
Режим резания характеризуется тремя основными параметрами, которые в совокупности определяют эффективность процесса механической обработки. Эти параметры взаимосвязаны и влияют друг на друга, поэтому их выбор должен осуществляться комплексно с учетом всех технологических факторов.
Скорость резания (V)
Скорость резания представляет собой путь, проходимый наиболее удаленной от оси вращения точкой режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой заготовки в единицу времени. Измеряется в метрах в минуту (м/мин). Данный параметр является ключевым для определения теплового режима в зоне резания и напрямую влияет на стойкость инструмента.
Подача (S)
Подача характеризует величину перемещения режущего инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот заготовки или инструмента. При токарной обработке измеряется в миллиметрах на оборот (мм/об), при фрезерной - в миллиметрах в минуту (мм/мин) или миллиметрах на зуб (мм/зуб).
Глубина резания (t)
Глубина резания определяет толщину слоя материала, снимаемого за один проход инструмента. Измеряется в миллиметрах и представляет собой расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно к обработанной поверхности.
Скорость резания и ее расчет
Скорость резания является наиболее критичным параметром, поскольку ее превышение может привести к интенсивному износу или разрушению режущего инструмента, а недостаточная скорость снижает производительность обработки. Выбор оптимальной скорости резания зависит от множества факторов.
| Материал заготовки | Твердость, HB | Скорость резания (м/мин) Твердосплавный инструмент |
Скорость резания (м/мин) Быстрорежущая сталь |
Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Сталь 20, 35 | 140-180 | 120-180 | 25-35 | Конструкционная углеродистая |
| Сталь 45, 50 | 180-220 | 100-150 | 20-30 | Среднеуглеродистая |
| Сталь 40Х, 30ХГСА | 200-250 | 80-120 | 15-25 | Легированная конструкционная |
| Сталь 12Х18Н10Т | 150-200 | 80-120 | 15-25 | Нержавеющая аустенитная |
| Чугун СЧ 20 | 180-220 | 150-250 | 30-50 | Серый чугун |
| Алюминий АД1 | 20-30 | 400-800 | 150-300 | Технически чистый |
| Дюралюминий Д16 | 100-120 | 300-600 | 100-200 | Термообработанный |
| Медь М1 | 45-60 | 200-400 | 50-100 | Электротехническая |
| Латунь Л63 | 60-80 | 250-450 | 80-150 | Обрабатываемая |
Расчет частоты вращения шпинделя
Формула: n = (1000 × V) / (π × D)
где:
n - частота вращения шпинделя, об/мин
V - скорость резания, м/мин
D - диаметр обработки, мм
π - число Пи (3,14159)
Пример расчета
Необходимо обточить вал из стали 45 диаметром 50 мм твердосплавным резцом.
Дано: D = 50 мм, V = 120 м/мин (из таблицы)
Расчет: n = (1000 × 120) / (3,14159 × 50) = 764 об/мин
Результат: Устанавливаем ближайшую частоту вращения на станке - 750 об/мин
Подача режущего инструмента
Подача является вторым по важности параметром режима резания. Ее величина определяет толщину стружки и существенно влияет на шероховатость обработанной поверхности, точность обработки и стойкость инструмента. Правильный выбор подачи позволяет обеспечить оптимальное соотношение между производительностью и качеством обработки.
| Вид обработки | Черновая обработка S, мм/об |
Получистовая обработка S, мм/об |
Чистовая обработка S, мм/об |
Достигаемая шероховатость Ra, мкм |
|---|---|---|---|---|
| Наружное точение | 0,5-1,5 | 0,2-0,5 | 0,05-0,2 | 0,8-6,3 |
| Растачивание | 0,3-0,8 | 0,15-0,3 | 0,03-0,15 | 0,4-3,2 |
| Подрезка торцов | 0,2-0,6 | 0,1-0,2 | 0,05-0,1 | 1,6-6,3 |
| Фрезерование торцевое | 0,2-0,8 | 0,1-0,3 | 0,05-0,15 | 0,8-3,2 |
| Фрезерование цилиндрическое | 0,15-0,6 | 0,08-0,2 | 0,03-0,1 | 0,4-2,5 |
| Сверление | 0,1-0,5 | 0,05-0,2 | 0,02-0,08 | 2,5-10 |
Современные тенденции (по состоянию на 2025 год): Развитие нанопокрытий (TiAlN, AlCrN), керамических инструментов на основе оксида алюминия с добавками, поликристаллических сверхтвердых материалов (ПСТМ) позволяет увеличивать скорости резания на 15-30% по сравнению с традиционными материалами при соблюдении всех технологических требований.
Факторы, влияющие на выбор подачи
Выбор оптимальной подачи зависит от нескольких ключевых факторов. Прежде всего, это требования к шероховатости поверхности - чем выше требования к качеству поверхности, тем меньше должна быть подача. Материал заготовки также оказывает значительное влияние: вязкие материалы требуют больших подач для предотвращения налипания стружки, а хрупкие материалы лучше обрабатывать с меньшими подачами.
Тип и геометрия режущего инструмента определяют допустимые пределы подачи. Инструменты с большим радиусом при вершине позволяют использовать большие подачи при сохранении качества поверхности. Мощность станка и жесткость технологической системы ограничивают максимально возможную подачу, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов.
Глубина резания и припуски
Глубина резания является наименее критичным параметром с точки зрения износа инструмента, но от нее зависит сила резания и, следовательно, требования к мощности станка и жесткости системы. Правильное назначение глубины резания позволяет максимально эффективно использовать возможности оборудования.
| Вид обработки | Черновая t, мм |
Получистовая t, мм |
Чистовая t, мм |
Квалитет точности |
|---|---|---|---|---|
| Обтачивание наружное | 2-10 | 0,5-2 | 0,1-0,5 | IT6-IT8 |
| Растачивание | 1-5 | 0,3-1 | 0,05-0,3 | IT6-IT7 |
| Фрезерование | 1-8 | 0,2-1 | 0,05-0,2 | IT7-IT9 |
| Строгание | 2-15 | 0,5-2 | 0,1-0,5 | IT8-IT10 |
Определение количества проходов
Формула: n = z / tmax
где:
n - количество проходов
z - общий припуск на обработку, мм
tmax - максимальная глубина резания за проход, мм
Таблицы режимов по материалам
Различные материалы требуют индивидуального подхода к назначению режимов резания. Представленные ниже таблицы содержат рекомендуемые режимы для наиболее распространенных конструкционных материалов при различных видах обработки.
Режимы резания для сталей
| Марка стали | Твердость HB | V, м/мин (Т15К6) |
S, мм/об (черновая) |
t, мм | Стойкость T, мин |
|---|---|---|---|---|---|
| Ст3, 20 | 120-150 | 160-200 | 0,5-1,2 | 2-8 | 60-90 |
| 35, 40 | 150-180 | 140-180 | 0,4-1,0 | 2-6 | 60-90 |
| 45, 50 | 180-220 | 120-160 | 0,3-0,8 | 1,5-5 | 60-90 |
| 40Х | 200-250 | 100-140 | 0,3-0,7 | 1,5-4 | 60-90 |
| 30ХГСА | 240-280 | 80-120 | 0,2-0,6 | 1-3 | 60-90 |
| 12Х18Н10Т | 150-200 | 80-120 | 0,2-0,5 | 1-3 | 40-60 |
Режимы резания для цветных металлов
| Материал | Состояние | V, м/мин (ВК6) |
S, мм/об | t, мм | Особенности обработки |
|---|---|---|---|---|---|
| Алюминий АД1 | Отожженный | 600-1000 | 0,3-1,5 | 2-10 | Применять СОЖ, острая заточка |
| Дюралюминий Д16Т | Закаленный | 400-700 | 0,2-1,0 | 1,5-8 | Высокие скорости, малые подачи |
| Медь М1 | Мягкая | 300-500 | 0,2-0,8 | 1-5 | Предотвращать налипание |
| Латунь Л63 | Горячепрессованная | 400-600 | 0,3-1,2 | 2-8 | Хорошая обрабатываемость |
| Бронза БрОЦС5-5-5 | Литая | 200-400 | 0,2-0,7 | 1-4 | Образование стружки надлома |
Формулы расчета и примеры
Для точного определения режимов резания используются эмпирические формулы, полученные на основе экспериментальных исследований. Эти формулы учитывают влияние различных факторов на процесс резания и позволяют рассчитать оптимальные параметры для конкретных условий обработки.
Основная формула скорости резания
V = Cv × Kv / (Tm × tx × Sy)
где:
Cv - постоянный коэффициент (зависит от материала)
Kv - произведение поправочных коэффициентов
T - стойкость инструмента, мин
t - глубина резания, мм
S - подача, мм/об
m, x, y - показатели степени
| Материал заготовки | Cv | m | x | y | Примечание |
|---|---|---|---|---|---|
| Сталь конструкционная углеродистая | 350 | 0,2 | 0,15 | 0,35 | σв = 600-800 МПа |
| Сталь легированная | 300 | 0,2 | 0,15 | 0,4 | σв = 800-1000 МПа |
| Чугун серый | 200 | 0,25 | 0,1 | 0,3 | HB 180-250 |
| Алюминиевые сплавы | 1200 | 0,125 | 0,1 | 0,2 | Деформируемые |
Практический пример расчета
Задача: Рассчитать скорость резания для обточки вала из стали 40Х (σв = 800 МПа) при следующих условиях:
- Глубина резания t = 3 мм
- Подача S = 0,5 мм/об
- Стойкость инструмента T = 60 мин
- Инструмент: твердосплавная пластина Т15К6
Решение:
1. Из таблицы берем Cv = 300, m = 0,2, x = 0,15, y = 0,4
2. Поправочные коэффициенты Kv = 1,0 (стандартные условия)
3. V = 300 × 1,0 / (600,2 × 30,15 × 0,50,4)
4. V = 300 / (2,29 × 1,17 × 0,76) = 300 / 2,04 = 147 м/мин
Ответ: Рекомендуемая скорость резания 147 м/мин
Расчет силы резания
Знание силы резания необходимо для проверки достаточности мощности станка и жесткости технологической системы. Сила резания рассчитывается по формуле, аналогичной формуле скорости резания.
Формула силы резания
Pz = Cp × tx × Sy × Vn × Kp
где:
Pz - тангенциальная сила резания, Н
Cp - постоянный коэффициент
Kp - произведение поправочных коэффициентов
n - показатель степени для скорости (обычно -0,15)
Практические рекомендации
Успешное применение теоретических знаний о режимах резания в производственных условиях требует учета множества практических факторов. Эти рекомендации основаны на многолетнем опыте работы на металлообрабатывающих предприятиях и помогут избежать типичных ошибок при назначении режимов резания.
Последовательность назначения режимов
Правильная последовательность назначения режимов резания имеет принципиальное значение. Сначала определяется глубина резания исходя из припуска и требований к точности. Затем назначается максимально возможная подача с учетом требований к шероховатости поверхности и жесткости системы. И только после этого рассчитывается скорость резания, обеспечивающая требуемую стойкость инструмента.
Правило выбора: Глубина резания → Подача → Скорость резания. Такая последовательность обеспечивает максимальную производительность при заданных ограничениях.
Влияние СОЖ на режимы резания
Применение смазочно-охлаждающих жидкостей позволяет значительно повысить режимы резания за счет снижения температуры в зоне резания и улучшения условий стружкообразования. При использовании эффективной СОЖ скорость резания можно увеличить на 20-40%, а стойкость инструмента повысить в 1,5-2 раза.
| Тип СОЖ | Область применения | Коэффициент увеличения скорости | Особенности применения |
|---|---|---|---|
| Эмульсия 3-5% | Черновая обработка сталей | 1,2-1,3 | Хорошее охлаждение |
| Сульфофрезол | Нержавеющие стали | 1,3-1,5 | Противозадирные свойства |
| Минеральное масло | Цветные металлы | 1,1-1,2 | Предотвращает налипание |
| Синтетические СОЖ | Высокоскоростная обработка | 1,4-1,6 | Экологически чистые |
Адаптация режимов к конкретным условиям
Табличные режимы резания являются отправной точкой и требуют корректировки под конкретные условия производства. Основными факторами, влияющими на корректировку, являются состояние станка, жесткость технологической системы, требования к качеству обработки и экономические соображения.
При работе на изношенных станках режимы следует снижать на 15-25%. При обработке нежестких деталей подачу необходимо уменьшать для предотвращения вибраций. При серийном производстве оптимальные режимы определяются экспериментально с учетом всех факторов технологической системы.
Контроль качества и стойкости инструмента
Эффективность выбранных режимов резания оценивается по нескольким критериям: качеству обработанной поверхности, стойкости режущего инструмента, производительности процесса и экономическим показателям. Постоянный контроль этих параметров позволяет своевременно корректировать режимы и поддерживать оптимальные условия обработки.
Критерии износа инструмента
| Тип инструмента | Критерий износа | Предельное значение, мм | Метод контроля |
|---|---|---|---|
| Токарные резцы (ТС) | Износ по задней поверхности | 0,3-0,5 | Микроскоп, шаблон |
| Токарные резцы (БРС) | Износ по задней поверхности | 0,5-0,8 | Лупа, штангенциркуль |
| Сверла | Износ ленточки | 0,15-0,3 | Профилометр |
| Фрезы торцовые | Износ по задней поверхности | 0,2-0,4 | Микроскоп |
Признаки неправильно выбранных режимов: быстрый износ инструмента, плохое качество поверхности, повышенные вибрации, изменение цвета стружки, появление наростов на режущей кромке.
Оптимизация экономических показателей
Экономически оптимальными являются режимы резания, обеспечивающие минимальную себестоимость обработки при выполнении всех технических требований. Себестоимость включает затраты на электроэнергию, амортизацию оборудования, износ инструмента и заработную плату.
Формула экономической скорости резания
Vэк = Vм.с × √[(Cм + Cз) / Cи]
где:
Vм.с - скорость максимальной стойкости
Cм - затраты на работу станка, руб/мин
Cз - затраты на зарплату, руб/мин
Cи - затраты на инструмент, руб/мин
Часто задаваемые вопросы
При работе с незнакомым материалом следует начинать с консервативных режимов, используя 60-70% от рекомендуемых значений для аналогичных по твердости материалов. Постепенно увеличивайте скорость, контролируя состояние инструмента и качество обработки. Обязательно учитывайте химический состав материала - высоколегированные стали требуют значительного снижения скоростей.
Быстрый износ резца при корректных режимах может быть вызван несколькими факторами: неправильной геометрией инструмента, плохим качеством заточки, недостаточной жесткостью технологической системы, отсутствием или неэффективностью СОЖ, наличием вибраций, неоднородностью материала заготовки или превышением фактических механических свойств материала над расчетными.
Нет, нержавеющие стали требуют особых режимов резания. Аустенитные нержавеющие стали характеризуются высокой вязкостью, склонностью к наклепу и низкой теплопроводностью. Рекомендуется снижать скорости резания в 2-3 раза по сравнению с углеродистыми сталями, использовать острую геометрию инструмента, обязательно применять СОЖ и избегать прерывистого резания.
Диаметр заготовки напрямую влияет на частоту вращения шпинделя при постоянной скорости резания. При обработке заготовок большого диаметра частота вращения снижается, что может потребовать корректировки других параметров. Для малых диаметров ограничением становится максимальная частота вращения станка. При переменном диаметре рекомендуется использовать постоянную скорость резания с автоматическим изменением оборотов.
На изношенном оборудовании необходимо снижать все параметры режима резания: скорость на 15-25%, подачу на 20-30%, особенно при чистовой обработке. Увеличивается время выхода на режим, требуется более частый контроль размеров и качества поверхности. Рекомендуется использовать более прочные марки твердых сплавов, усиливать крепление заготовки и инструмента, применять виброгасящие устройства.
Экономически оптимальная скорость определяется минимумом общих затрат на обработку. Необходимо учесть стоимость машино-времени, расход инструмента, затраты на переточки и замены инструмента. Обычно экономическая скорость составляет 60-80% от скорости максимальной производительности. Точный расчет требует знания конкретных экономических показателей предприятия и ведется по специальным методикам.
Характер стружкообразования зависит от режимов резания, геометрии инструмента и свойств материала. Сливная длинная стружка образуется при слишком высоких скоростях и малых подачах. Стружка надлома при обработке хрупких материалов или слишком больших подачах. Для улучшения стружкообразования используйте стружколомы, корректируйте геометрию резца, оптимизируйте подачу и применяйте СОЖ.
Правильность режимов оценивается по нескольким критериям: стабильность процесса резания без вибраций, получение требуемой шероховатости поверхности, обеспечение заданной точности размеров, нормальный износ инструмента без сколов и выкрашиваний, характер стружки (должна быть завитой, легко ломающейся), отсутствие наростов на режущей кромке, нормальная температура резания (стружка не должна иметь цветов побежалости).
Отказ от ответственности: Данная статья носит ознакомительный характер и предназначена для образовательных целей. Представленные режимы резания являются рекомендательными и могут требовать корректировки в зависимости от конкретных условий производства. Автор не несет ответственности за последствия применения данной информации в производственных условиях.
Источники информации: ГОСТ 25762-83 "Обработка резанием. Термины, определения и обозначения", Режимы резания металлов: Справочник. 4-е изд. / Под ред. А.Д. Корчемкина. М.: НИИТАвтопром, 1995, Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1985-1986, ГОСТ 12.3.025-80 "Обработка металлов резанием. Требования безопасности", современные каталоги производителей режущего инструмента, нормативы предприятий машиностроительной отрасли (2025).
