Таблицы режимов резания токарных работ

Справочные таблицы режимов резания

1. Основные понятия и определения режимов резания

Режимы резания при токарной обработке представляют собой совокупность параметров, определяющих условия снятия стружки с заготовки. Правильный выбор этих параметров критически важен для обеспечения высокой производительности, качества обработанной поверхности и экономичности производственного процесса.

К основным элементам режима резания относятся три ключевых параметра: скорость резания (V), подача (S) и глубина резания (t). Каждый из этих параметров оказывает существенное влияние на процесс обработки, стойкость режущего инструмента и качество получаемой поверхности.

Согласно действующему ГОСТ 25762-83 "Обработка резанием. Термины, определения и обозначения общих понятий", режим резания определяется как совокупность значений скорости резания, подачи и глубины резания, а также геометрических параметров режущей части инструмента, определяющих условия протекания процесса резания.

Современные международные стандарты ISO 3002 и DIN 6580 также регламентируют основные параметры и терминологию в области обработки резанием, обеспечивая единообразие подходов к назначению режимов резания в мировой практике.

2. Скорость резания: выбор и расчет

Скорость резания представляет собой путь, который проходит наиболее удаленная от оси вращения точка обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки инструмента в единицу времени. Измеряется этот параметр в метрах в минуту (м/мин) и рассчитывается по формуле:

где V - скорость резания (м/мин), D - диаметр обрабатываемой поверхности (мм), n - частота вращения заготовки (об/мин), π = 3,14159.

Выбор оптимальной скорости резания зависит от множества факторов. Материал заготовки является определяющим фактором: для углеродистых сталей средней твердости (например, сталь 45) при использовании твердосплавных резцов скорость резания составляет 100-180 м/мин, в то время как для алюминиевых сплавов она может достигать 200-500 м/мин.

Материал режущего инструмента также существенно влияет на допустимую скорость резания. Резцы из быстрорежущей стали обеспечивают работу при скоростях 20-35 м/мин для стали 45, тогда как современные твердосплавные пластины позволяют увеличить скорость в 5-7 раз.

Требуемая стойкость инструмента напрямую связана со скоростью резания. При увеличении скорости на 20% стойкость резца может снизиться в 2-3 раза. Для токарных резцов оптимальная стойкость обычно составляет 30-90 минут непрерывной работы.

3. Подача при токарной обработке

Подача - это величина перемещения режущего инструмента за один оборот заготовки, измеряемая в миллиметрах на оборот (мм/об). Этот параметр оказывает прямое влияние на производительность обработки и качество обработанной поверхности.

При черновой обработке стремятся назначить максимально возможную подачу, ограниченную прочностью режущего инструмента, жесткостью системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь) и мощностью привода станка. Для стальных заготовок диаметром 40-80 мм подача при черновой обработке составляет 0,5-0,9 мм/об.

Чистовая обработка требует существенного снижения подачи для обеспечения требуемой шероховатости поверхности. При достижении шероховатости Ra 2,5-0,63 мкм подача обычно не превышает 0,1-0,25 мм/об. Связь между подачей и шероховатостью определяется радиусом при вершине резца и может быть рассчитана по специальным формулам.

Для обработки чугунов рекомендуемые подачи на 20-30% выше, чем для сталей, что объясняется благоприятной формой стружки (элементная или надлома) и меньшими силами резания. При обработке алюминиевых сплавов подачи могут быть увеличены в 1,5-2 раза по сравнению со сталями.

4. Глубина резания и ее влияние на процесс

Глубина резания представляет собой расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. При наружном точении глубина резания рассчитывается по формуле:

где t - глубина резания (мм), D - диаметр заготовки до обработки (мм), d - диаметр после обработки (мм).

Глубина резания оказывает наименьшее влияние на стойкость инструмента по сравнению с другими элементами режима резания, поэтому при черновой обработке стремятся снять максимально возможный припуск за один проход. Ограничениями являются мощность станка, жесткость заготовки и прочность режущей пластины.

При обработке нежестких заготовок (с отношением длины к диаметру более 10) глубину резания приходится ограничивать во избежание вибраций и отжима детали. В таких случаях припуск снимается за несколько проходов с постепенным уменьшением глубины резания.

Для чистовой обработки глубина резания выбирается исходя из требований к точности размеров и шероховатости поверхности. При шероховатости Ra 2,5-1,25 мкм глубина резания составляет 0,5-2,0 мм, а при Ra 0,63-0,32 мкм - не более 0,1-0,4 мм.

5. Выбор режимов для различных материалов

Обрабатываемость различных материалов существенно отличается, что требует индивидуального подхода к назначению режимов резания. Углеродистые конструкционные стали (сталь 20, 45, 40Х) обладают хорошей обрабатываемостью и позволяют вести обработку на достаточно высоких режимах.

Нержавеющие и жаропрочные стали требуют особого подхода. Аустенитные нержавеющие стали типа 12Х18Н10Т склонны к наклепу и налипанию на режущую кромку, поэтому скорость резания для них снижают до 60-100 м/мин при использовании твердосплавных резцов. Рекомендуется применение специальных марок твердых сплавов (ТТ7К12, ВК6М) и обязательное использование СОЖ.

Чугуны обрабатываются при более высоких скоростях резания по сравнению со сталями той же твердости. Серый чугун СЧ20 допускает скорость резания 70-120 м/мин твердосплавными резцами. Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом требуют снижения скорости на 20-30% и применения более прочных марок твердого сплава.

Цветные металлы и сплавы характеризуются высокими скоростями резания. Алюминиевые сплавы можно обрабатывать при скоростях 200-500 м/мин, латуни - 150-320 м/мин. При этом следует учитывать склонность алюминия к налипанию и образованию наростов при низких скоростях резания.

6. Режимы резания для разных типов резцов

Выбор режимов резания существенно зависит от типа и материала режущего инструмента. Резцы из быстрорежущей стали (Р6М5, Р18) применяются при относительно низких скоростях резания, но обладают высокой прочностью и позволяют работать с большими подачами при прерывистом резании.

Твердосплавные резцы являются основным инструментом в современном производстве. Для обработки сталей применяют титановольфрамовые сплавы группы ТК (Т15К6, Т5К10), обеспечивающие скорости резания 100-250 м/мин. Для чугунов и цветных металлов используют вольфрамовые сплавы группы ВК (ВК6, ВК8) с допустимыми скоростями 60-200 м/мин.

Современные сменные многогранные пластины (СМП) с износостойкими покрытиями позволяют существенно повысить режимы резания. Покрытия TiN, TiCN, Al2O3 увеличивают стойкость в 2-5 раз и позволяют повысить скорость резания на 30-50%. При использовании СМП важно соблюдать рекомендации производителя по режимам резания.

Керамические и сверхтвердые материалы (композиты на основе нитрида бора) применяются для высокоскоростной обработки закаленных сталей и чугунов. Скорости резания могут достигать 300-500 м/мин, но требуется высокая жесткость станка и отсутствие вибраций.

7. Контроль и корректировка режимов резания

После назначения режимов резания необходимо проверить их соответствие возможностям оборудования. Мощность резания рассчитывается по формуле и сравнивается с мощностью на шпинделе станка. При недостатке мощности в первую очередь снижают скорость резания, затем подачу, и в последнюю очередь - глубину резания.

Контроль правильности выбранных режимов осуществляется по нескольким критериям. Характер стружкообразования должен соответствовать типу обработки: при черновой обработке стали допускается сливная стружка, при чистовой желательна элементная. Цвет стружки указывает на температуру в зоне резания: соломенный цвет свидетельствует об оптимальных режимах, синий - о чрезмерной скорости.

Вибрации при резании недопустимы и требуют немедленной корректировки режимов. Чаще всего вибрации устраняются снижением скорости резания или изменением подачи. При обработке нежестких деталей может потребоваться применение люнетов или изменение схемы закрепления.

Современные станки с ЧПУ позволяют использовать адаптивное управление режимами резания. Системы мониторинга отслеживают силы резания, вибрации, температуру и автоматически корректируют подачу и скорость для поддержания оптимальных условий обработки. Это особенно важно при обработке заготовок с переменным припуском или неравномерной твердостью.