Przejdź do treści
zdjęcie

Obróbka sterowana numerycznie (CNC) jest jedną z najczęściej stosowanych technik produkcji części na świecie ze względu na jej wysoką precyzję. Jednym z kluczowych powodów sukcesu jest względny ruch między obrabianym przedmiotem CNC a narzędziem. Możemy sklasyfikować te ruchy jako ruchy cięcia i posuwu oraz mierzyć je za pomocą prędkości cięcia i podawania. Czym jest prędkość skrawania i czym różni się od posuwu? W jaki sposób te parametry skrawania przetwarzania przyczyniają się do sukcesu projektu produkcyjnego? Ten artykuł odpowie na wszystkie te pytania i nie tylko.

Różnica pomiędzy prędkością skrawania a posuwem

Aby ułatwić zrozumienie tych dwóch pojęć, rozważmy prostą analogię do samochodu poruszającego się z prędkością liniową 60 km/h, a koła obracają się z prędkością 500 obr./min. Średnica koła i jego obrót sprawiają, że samochód porusza się po utwardzonych drogach. Ale kiedy opisujesz prędkość pojazdu, wyjaśniasz to w kilometrach na godzinę. Prędkość skrawania można porównać do prędkości liniowej samochodu, która zależy od średnicy i liczby obrotów koła. Mierzy odległość liniową, o jaką narzędzie porusza się względem przedmiotu obrabianego w określonym czasie. Szybkość cięcia jest mierzona w milimetrach na minutę (mm/min), metrach na minutę (m/min) lub stopach na minutę (ft/min). Posuw z kolei można porównać do obracania się kół samochodu. Jest to po prostu odległość, jaką pokonuje narzędzie podczas jednego obrotu części. Mierzymy ją w calach na obrót (cal/obr.) lub milimetrach na obrót (mm/obr.). Nadal korzystając z przykładu samochodu, koło obracające się przy wyższych obrotach może zużywać więcej mocy i zużywać się szybciej niż koło obracające się przy niższych obrotach. Zużycie to jest spowodowane tarciem i ciepłem między oponą a nawierzchnią drogi. Podobnie prędkość wrzeciona wpływa na trwałość narzędzia, temperaturę skrawania i zużycie energii. Posuw wpływa również na trwałość narzędzia i zużycie energii podczas obróbki, ale ich oddziaływanie jest zwykle pomijane w porównaniu z siłami skrawania. Natomiast posuw ma większe znaczenie na czas obróbki i wykończenie powierzchni obrabianej części. To ważne, gdyż dobór parametrów skrawania wpływa na ostateczną jakość produktu. Inaczej przebieg procesu skrawania przebiega podczas niskiej prędkości skrawania, a podczas wysokiej. Dlatego tak ważny jest dobór parametrów obróbkowych.

Wybór optymalnej prędkości skrawania

Aby określić optymalną prędkość skrawania dla danego projektu obróbki, należy wziąć pod uwagę twardość przedmiotu obrabianego i wytrzymałość narzędzia. Twardość określa odporność materiału na odkształcenia spowodowane ścieraniem, wgnieceniami lub zarysowaniami. Twardsze materiały wymagają szczególnej uwagi podczas obróbki, ponieważ mogą łatwo skrócić żywotność narzędzia. Ogólnie rzecz biorąc, im twardszy materiał, tym mniejsza powinna być prędkość cięcia. Na przykład materiały takie jak tytan wymagają niższych prędkości skrawania niż stal. Wytrzymałość narzędzia skrawającego odgrywa ważną rolę w dopuszczalnej prędkości skrawania dla operacji skrawania. Na przykład podczas obróbki narzędzi z materiałów o wysokiej wytrzymałości, takich jak diament i azotek boru, można stosować wysokie prędkości, podczas gdy narzędzia ze stali szybkotnącej wymagają mniejszych.

Przerzedzanie wiórów i optymalne posuwy

Przerzedzanie wiórów to wada produkcyjna, która pojawia się podczas obróbki przedmiotu o szerokości skrawania mniejszej niż połowa średnicy narzędzia. Zmniejsza to obciążenie wiórów (ilość materiału usuwanego podczas jednego obrotu narzędzia skrawającego), co skutkuje dłuższymi czasami realizacji. Jednym ze sposobów zmniejszenia wpływu cieńszych wiórów jest obróbka przedmiotu obrabianego z dużymi posuwami. Pomaga to zwiększyć produktywność i żywotność narzędzia. Teraz, gdy rozumiesz różnicę między posuwem a prędkością skrawania, zgodzisz się, że te dwa parametry obróbki są ważne w obróbce CNC. Jednak nawet jeśli wybierzesz idealną prędkość skrawania i posuw, powodzenie projektu zależy od warsztatu, z którym współpracujesz. Wióry mają wpływ na odpowiednią głębokość skrawania.

Zwiększenie prędkości skrawania na podstawie twardości materiału obrabianego

Twardość materiału narzędzia skrawającego ma również duży wpływ na zalecaną prędkość skrawania. Im twardsze wiertło, tym większa prędkość skrawania.  Im bardziej miękkie wiertło, tym wolniejsza zalecana prędkość skrawania.

-Stal węglowa

-Stal szybkotnąca 

-Węglik spiekany

Zwiększenie prędkości skrawania w zależności od twardości narzędzia skrawającego

Prędkości skrawania dla typów materiałów:

  • Stal niskowęglowa 40-140
  • Średnia stal węglowa 70-120
  • Stal wysokowęglowa 65-100
  • Stal do swobodnej obróbki 100-150
  • Stal nierdzewna, C1 302, 304 60
  • Stal nierdzewna, C1 310, 316 70
  • Stal nierdzewna, C1 410 100
  • Stal nierdzewna, C1 416 140
  • Stal nierdzewna, C1 17-4, pH 50
  • Stal stopowa, SAE 4130, 4140 70
  • Stal stopowa, SAE 4030 90
  • Stal narzędziowa 40-70
  • Żeliwo- zwykłe 80-120
  • Żeliwo twarde 5-30
  • Żeliwo szare 50-80
  • Stopy aluminium 300-400
  • Stop niklu, Monel 400 40-60
  • Stop niklu, Monel K500 30-60
  • Stopy niklu, Inconel 5-10
  • Stopy na bazie kobaltu 5-10
  • Stop tytanu 20-60
  • Tytan niestopowy 35-55
  • Miedź 100-500
  • Brąz zwykły 90-150
  • Brąz twardy 30-70
  • Cyrkon 70-90
  • Mosiądz i aluminium 200-350
  • Materiały niemetaliczne niezawierające krzemu 100-300
  • Materiały niemetaliczne zawierające krzem 30-70

Prędkość wrzeciona (prędkość obrotowa wrzeciona)

Po określeniu SFM dla danego materiału i narzędzia, można obliczyć prędkość obrotową wrzeciona, ponieważ wartość ta zależy od prędkości skrawania i średnicy narzędzia:

RPM = (CS x 4) / D

Gdzie:

RPM = Obroty na minutę.

CS = Prędkość skrawania w SFM.

D = Średnica narzędzia w calach.

Posuw frezarski

Posuw narzędzia może być zdefiniowany jako odległość w calach na minutę, w której praca przesuwa się do frezu. Na frezarkach prędkość posuwu jest niezależna od prędkości wrzeciona. Jest to świetne rozwiązanie dla szybszych posuwów i dla większych, wolno pracujących narzędzi.

Posuw na ząb

Posuw na ząb to ilość materiału, którą każdy ząb narzędzia powinien usuwać, gdy obraca się i przesuwa w kierunku przedmiotu obrabianego. Gdy obróbka przesuwa się w kierunku narzędzia, każdy ząb narzędzia przesuwa się jednakowo, wytwarzając wióry o jednakowej grubości. Grubość wióra lub posuw na ostrze oraz liczba zębów w narzędziu są podstawą do określenia prędkości posuwu. Idealna szybkość skrawania i posuwu jest mierzona w calach na minutę (IPM) i jest obliczana według następującego wzoru:

IPM = F x N x RPM 

Gdzie:

IPM = posuw w calach na minutę

F = posuw na ząb

N = liczba zębów

RPM = obroty na minutę

Na przykład:

Posuwy dla frezów końcowych stosowanych we frezarkach pionowych wynoszą od 001 do 002 posuwu na ząb dla frezów o bardzo małej średnicy,  na stalowym materiale roboczym do 010 posuwu na ząb dla dużych frezów w aluminiowych elementach roboczych.  Ponieważ prędkość skrawania dla stali miękkiej wynosi 90, liczba obrotów na minutę dla szybkobieżnego, dwuzwojowego frezu 3/8″ stanowi:

RPM = CS x 4 / D = 90 x 4 / (3/8) = 360 /.375 = 960 RPM 

Aby obliczyć posuw, wybierzemy .002 cale na ząb

IPM = F x N x RPM = .002 x 2 x 960 = 3.84 IPM

Posuw maszynowy

Ruch maszyny, który powoduje, że narzędzie skrawające tnie w głąb lub wzdłuż powierzchni przedmiotu obrabianego, nazywany jest posuwem. Podczas cięcia metalu posuwy są zwykle mierzone w tysięcznych cala. Pasza jest reprezentowana w nieco inny sposób w różnych typach maszyn. Wiertarki z posuwem silnikowym są przeznaczone do przesuwania wiertła o określoną wartość przy każdym obrocie wrzeciona. Jeśli posuw jest ustawiony na 0,006″, maszyna przesunie się o 0,006″ na obrót wrzeciona. Jest to wyrażone w calach na obrót (IPR).

Procedura gwintowania

Prowadnice gwintowników są integralną częścią procesu tworzenia użytecznych gwintów prostych. Podczas używania tokarki lub frezarki gwintownik jest już prosty i wyśrodkowany. Zachowaj ostrożność podczas ręcznego ustawiania gwintowników, ponieważ prowadnica gwintownika pod kątem 90° jest znacznie dokładniejsza niż ludzkie oko. Bardzo ważne jest, aby podczas wiercenia i gwintowania używać oleju. Dzięki niemu wiertło nie piszczy, cięcie jest gładsze, wióry są usuwane, a wiertło i materiał nie przegrzewają się.

Wiercenie 

Wiercenie punktowe zapobiega przegrzaniu i złamaniu wiertła podczas wiercenia lub gwintowania. Obejmuje wiercenie przez część części, a następnie wycofywanie wiertła w celu usunięcia wiórów i pozostawienie części do ostygnięcia. Powszechną praktyką jest obrócenie uchwytu o pełny obrót, a następnie powrót o pół obrotu. Po każdym wycofaniu wiertła lub gwintownika należy usunąć jak najwięcej wiórów i naoliwić powierzchnię między wiertłem, lub gwintownikiem a obrabianym przedmiotem.