Плавното регулиране на оборотите на шпиндела позволява адаптирането на работата на CNC-струга към материала, диаметъра на детайла, вида на инструмента и операцията. Това оказва пряко влияние върху качеството на повърхността, издръжливостта на острието, стабилността на процеса и безопасността на работа.
Плавното регулиране на оборотите на шпиндела позволява да се адаптира работата на CNC струга към материала, диаметъра на детайла, вида на инструмента и операцията. То оказва пряко влияние върху качеството на повърхността, издръжливостта на острието, стабилността на процеса и безопасността на работа.
Няма една единствена правилна стойност на оборотите за всеки отделен случай. Параметрите трябва да се подбират въз основа на скоростта на рязане, текущия диаметър, вида на материала, геометрията и вида на пластинката, подаването, дълбочината на рязане, охлаждането, мощността на машината и твърдостта на закрепването.
Какво представлява плавното регулиране на оборотите на шпиндела?
Плавното регулиране на оборотите на шпиндела позволява настройка на скоростта в широк диапазон, вместо да се използват само няколко фиксирани предавателни числа. При CNC струга оборотите могат да се задават от програмата, контролния панел или CAM технологията.
Тази функция е особено полезна, когато предприятието обработва различни диаметри и материали. Тя позволява настройката на параметри, подходящи за грубо и фино струговане, канализиране, нарязване на резба или челно струговане.
Самият диапазон на оборотите обаче не определя изцяло възможностите на струга. Важни са също така наличният въртящ момент, мощността на шпиндела, максималната скорост, твърдостта на системата „машина–патрон–детайл–инструмент“, както и ограниченията, посочени от производителя на машината и патрона.
Защо оборотите на шпиндела са важни?
Оборотите на шпиндела зависят от скоростта на рязане. Прекалено високите обороти могат да ускорят износването на острието, да повишат температурата и риска от вибрации. Твърде ниските обороти могат да намалят производителността, да влошат образуването на стружките или качеството на повърхността. Правилното настройване трябва винаги да се разглежда заедно с подаването и дълбочината на рязане.
Добре подбраните параметри спомагат за постигането на:
- по-стабилен ход на рязането;
- по-постоянно качество на повърхността;
- по-предвидимо износване на пластината или ножа;
- по-добър контрол върху размерите на детайла;
- по-нисък риск от вибрации, натрупване на стружки и повреда на инструмента.
Скоростта трябва да се коригира при промяна на материала, диаметъра, дължината на инструмента, закрепването, охлаждането, вида на обработката или състоянието на острието. Данните от каталога на производителя на инструмента са отправна точка; окончателните параметри трябва да бъдат потвърдени на конкретната машина и при конкретната операция.
Как се изчисляват оборотите на шпиндела?
За определяне на приблизителната скорост на въртене се използва следната формула:
n = (1000 × Vc) / (π × D)
В практиката на цеха формулата често се записва в опростен вид:
n = 318 × Vc / D
- n – обороти на шпиндела в об./мин;
- Vc – скорост на рязане в м/мин;
- D – текущ диаметър на режещата повърхност в мм;
- 318 – закръглена стойност на 1000/π.
Пример за стомана
Да приемем, че се извършва струговане на стомана с диаметър 50 мм при приблизителна скорост на рязане 120 м/мин:
n = 318 × 120 / 50 = 763 об./мин.
В програмата можете да започнете със стойност около 760 об./мин., а след това да проверите резултата въз основа на качеството на повърхността, стружката, шума при обработката, натоварването на шпиндела и състоянието на пластината.
Формулата не отчита всички технологични условия. Препоръчителната скорост на рязане зависи, наред с другото, от вида на материала, твърдостта, прекъсванията при рязане, геометрията на острието, охлаждането и изискваната издръжливост на инструмента.
Постоянна скорост на рязане при CNC: G96 и ограничение на оборотите
При струговането с ЧПУ може да се работи с постоянни обороти на шпиндела или с постоянна скорост на рязане. В много системи за управление режимът на постоянна скорост на рязане се реализира с командата G96, а постоянните обороти – с командата G97. Точният синтаксис зависи от системата за управление, затова винаги трябва да се използва документацията на конкретната машина.
При постоянна скорост на рязане стругът автоматично увеличава оборотите, когато диаметърът намалява. Това е от полза при фронтално струговане и профилиране, тъй като помага за поддържането на по-равномерни условия на рязане при променящ се диаметър.
От ключово значение е ограничаването на максималните обороти на шпиндела. В близост до оста на детайла диаметърът клони към нула, а изчислените обороти нарастват много бързо. В програмата трябва да се зададе максимална скорост на шпиндела, подходяща за струга, патрона, закрепването и балансирането на детайла. Не трябва да се превишават ограниченията, посочени от производителя на металорежещата машина или на токарната патронница.
Постоянната скорост на струговане не винаги е най-добрият избор. При небалансирани детайли, при ограничения в закрепването, при някои операции по нарязване на резба, както и когато това се изисква от технологията или инструкциите на производителя, по-безопасно може да бъде управлението с постоянни обороти.
Параметри на рязане за стомана, алуминий и неръждаема стомана
Посочените по-долу стойности са ориентировъчни за външно струговане при стабилни условия. Те не заместват данните на производителя за конкретна пластина, HSS инструмент или препоръките за даден вид материал. При прекъсната обработка, голям износ, слабо закрепване или ограничена мощност на машината трябва да се използват по-консервативни настройки.
Стомана
Стоманата изисква стабилно закрепване, подходяща геометрия на струговия прекъсвач и подходящ вид пластина. За много обикновени конструкционни стомани ориентировъчните диапазони могат да изглеждат както следва:
| Инструмент | Приблизителна скорост на рязане Vc | Забележки |
|---|---|---|
| HSS нож | 20–40 м/мин | Стойността зависи от вида на стоманата, охлаждането и геометрията на острието. |
| Карбидна пластина | 80–180 м/мин | Типична начална стойност при стабилно струговане. |
| Пластина с покритие за стомана | 120–250 м/мин | Изборът зависи от класа ISO P, грубата или финалната обработка и данните на производителя. |
При прекалено висока температура, ускорено износване или вибрации трябва да се проверят не само Vc, но и закрепването, подаването, дълбочината на рязане, изнесената част и охлаждането.
Алуминий
Алуминият често се обработва при по-високи скорости на рязане отколкото стоманата. Важни са острите ръбове, положителната геометрия, ефективното отстраняване на стружките и ограничаването на наслояването по острието.
| Инструмент | Приблизителна скорост на рязане Vc | Забележки |
|---|---|---|
| HSS нож | 60–120 м/мин | Изисква остро острие и контрол на наслояването. |
| Карбидна пластина | 200–500 м/мин | Диапазонът зависи от сплавта, металообработващата машина и охлаждането. |
| Полирана пластина за алуминий | 300–800 м/мин | По-висока скорост Vc е възможна само при условия, предвидени от производителя на инструмента и машината. |
За алуминий с диаметър 40 мм и Vc = 300 м/мин оборотите са около 2385 об./мин. Преди да се приложи такава стойност, трябва да се проверят максималните обороти на струга, патрона и начина на закрепване.
Неръждаема стомана INOX
Неръждаемите стомани могат да бъдат по-взискателни поради отвеждането на топлината, укрепването при деформация и склонността към наслояване. Те изискват стабилно закрепване, подходящ вид пластина, правилно подаване и подходящо охлаждане.
| Инструмент | Приблизителна скорост на рязане Vc | Забележки |
|---|---|---|
| HSS нож | 10–25 м/мин | По-ниски скорости, по-добър контрол на температурата и състоянието на острието. |
| Карбидна пластина | 50–120 м/мин | Изборът зависи от вида на неръждаемата стомана (INOX) и стабилността на системата. |
| Пластина за INOX | 80–180 м/мин | Следвайте указанията на производителя на пластината и препоръките за охлаждане. |
При струговане на INOX трябва да се избягва „остъргването“ на инструмента по повърхността. Напредъкът трябва да осигурява действително отнемане на материал, а не само плъзгане на острието по материала, тъй като това може да доведе до укрепване на повърхността и по-бързо износване на инструмента.
Напредък и дълбочина на рязане – параметри, които се избират заедно с оборотите
Скоростта на рязане е само един от параметрите. При струговането важен е също така ходът на оборот f, изразен обикновено в мм/об., както и дълбочината на рязане ap, посочена в мм.
Скоростта на подаване може да се изчисли по формулата:
vf = n × f
- vf – скорост на подаване в мм/мин;
- n – обороти на шпиндела в об./мин.;
- f – подаване на оборот в мм/об.
При финишната обработка често се използват по-малки подавания, за да се ограничи грапавостта на повърхността. При грубата обработка подаването и ап могат да бъдат по-големи, стига това да позволяват мощността на машината, стабилността на детайла, пластинката и условията за отнемане на стружките.
Не трябва да се намалява безкрайно подаването с цел „подобряване на повърхността“. Твърде малък напредък спрямо геометрията на острието може да доведе до триене, влошаване на формирането на стружките и прекомерно загряване. Параметрите трябва да се подбират според каталога на инструмента, радиуса на ъгъла на пластинката и изискваното качество на повърхността.
Таблица с примерни обороти на шпиндела
Таблицата показва оборотите, изчислени по формулата n = 318 × Vc / D. Това са ориентировъчни стойности за посочените скорости на рязане, а не готови настройки за всеки материал и инструмент.
| Материал | Скорост на рязане | Ø 20 мм | Ø 50 мм | Ø 100 мм |
|---|---|---|---|---|
| Стомана | 120 м/мин | 1908 об./мин | 763 об./мин | 382 об./мин. |
| Алуминий | 300 м/мин | 4770 об./мин | 1908 об./мин | 954 об./мин. |
| INOX | 80 м/мин | 1272 об./мин | 509 об./мин | 254 об./мин |
При високи обороти особено значение има максималната допустима скорост за патрона, челюстите, втулката, закрепването и самата детайла. Преди пускане в експлоатация трябва да се уверите, че елементът е правилно закрепен и балансиран в границите на възможностите на дадения стенд.
Най-често срещаните грешки при избора на обороти
- използване на еднакви обороти за стомана, алуминий и неръждаема стомана;
- определяне на оборотите според номиналния диаметър, вместо според действителния диаметър на струговане;
- липса на ограничение на максималните обороти при работа с постоянна скорост на рязане;
- пренебрегване на ограниченията на патрона, челюстите и закрепването на детайла;
- прекалено висока скорост Vc при нестабилно закрепване или голям износ на инструмента;
- прекалено малък ход, водещ до триене вместо стабилно рязане;
- работа с износен пластин или инструмент с наслояване;
- липса на охлаждане или неадекватно отстраняване на стружките при операции, които го изискват.
Практическа процедура за настройка на параметрите на рязане
- Определете материала и неговото състояние. Установете вида, твърдостта, наличието на повърхностна кора, окалина или прекъсвания в рязането.
- Изберете инструмента. Проверете пластинката, геометрията на стругоразбивателя, вида, радиуса на ъгъла и каталожните данни на производителя.
- Определете текущия диаметър D. Той е основа за изчисляване на оборотите.
- Изберете начална скорост на рязане Vc. Изберете консервативна стойност от диапазона, препоръчан от производителя на инструмента.
- Изчислете оборотите в минута (rpm) и задайте границите. В случай на G96 задайте безопасно ограничение на максималните обороти.
- Изберете подаване и апертура. Вземете предвид желаното качество, твърдостта на системата, мощността на машината и способността за раздробяване на стружката.
- Направете проба и наблюдавайте процеса. Оценете стружката, повърхността, вибрациите, натоварването на шпиндела и състоянието на режещия ръб.
- Коригирайте по един параметър наведнъж. По този начин ще ви е по-лесно да откриете източника на проблема и да запазите повторяемостта на настройките.
Често задавани въпроси (FAQ)
Какво означава плавно регулиране на оборотите на шпиндела?
Означава възможност за прецизно настройване на скоростта на въртене на шпиндела в широк диапазон. При CNC оборотите могат да се управляват програмно, а при използване на постоянна скорост на рязане да се променят в зависимост от диаметъра на детайла.
По-високите обороти винаги ли подобряват качеството на повърхността?
Не. Качеството зависи също от подаването, радиуса на ъгъла, геометрията на пластинката, състоянието на острието, закрепването, материала и вибрациите. Прекалено високите обороти могат да влошат условията на работа на инструмента.
Трябва ли за INOX винаги да се използват ниски обороти?
Скоростта на рязане за неръждаема стомана понякога е по-ниска, отколкото за алуминий, но точната стойност зависи от вида на неръждаемата стомана, пластинката, охлаждането и стабилността. Следва да се използват данните на производителя на инструмента.
Как да изберем мощността на двигателя на струга?
Мощността се избира според планираните операции, максималния диаметър, дълбочината на рязане, подаването, материалите и очакваната производителност. Самата мощност не замества подходящата твърдост, въртящия момент на шпиндела и правилното закрепване на детайла.
Обобщение
Плавното регулиране на оборотите на шпиндела при CNC струговете позволява по-добро приспособяване на параметрите на струговането към текущия диаметър, материала и инструмента. Основният изчислителен инструмент остава формулата n = 318 × Vc / D, но резултатът от нея винаги трябва да се съпостави с ограниченията на машината, патрона и използваното оборудване.
Най-добри резултати се постигат при съвместния подбор на Vc, оборотите, подаването, дълбочината на рязане и охлаждането. При CNC трябва да се обърне специално внимание на постоянната скорост на рязане и на безопасното ограничаване на максималните обороти на шпиндела.
