Освоение глубины резания при обработке на станках с ЧПУ:точный расчет и контроль

Если вы решите, что обработка на станке с ЧПУ — это метод, который вам нужен для изготовления детали, вам необходимо знать, что глубина резания (DOC) — один из трех наиболее важных параметров, влияющих на качество обрабатываемого продукта.

Эта статья поможет вам понять, что подразумевается под глубиной резания при механической обработке, почему ее нужно контролировать, в чем разница между толщиной стружки и глубиной резания и как ее рассчитать.

В процессе обработки глубина резания — это просто то, насколько глубоко режущий инструмент входит в заготовку и прорезает ее, образуя стружку. В идеальном процессе резки, когда режущий инструмент с ЧПУ перемещается влево на определенную глубину внутри поверхности заготовки, образуется скол. Эта глубина называется глубиной резания или DOC. Если вам нужно похожее и простое приложение, вы можете увидеть, как режутся шоколадные завитки или шоколадная стружка.

Значения глубины резания измеряются либо в дюймах, либо в миллиметрах и обычно варьируются от 0,1 до 1 мм.

Почему необходимо контролировать глубину резания при механической обработке?

Глубина резания напрямую влияет на процесс обработки, например:

• На кончике инструмента нагревается;
• Степень износа инструмента;
• Сила обработанного продукта;
• Качество обработанной поверхности.

Например, существует тенденция к образованию наростов (BUE) у отожженных металлов, чем у холоднообработанных в процессе резки. Тип стружки BUE состоит из слоев стружки, скапливающихся на кончике инструмента. Поэтому, если глубина резания слишком велика, неконтролируемое БУЭ также отрицательно влияет на качество поверхности.

Как глубина резания взаимодействует с другими факторами обработки?

Глубина резания является одним из независимых факторов, влияющих на процесс обработки, а значит, контролируется оператором. Однако глубина реза взаимодействует с другими факторами и влияет на получаемую поверхность заготовки и ее свойства.

Глубина резания и охлаждающая жидкость

С уменьшением глубины резания кривизна стружки уменьшается и стружка становится фигурной. В этом случае, когда на кончике инструмента повышается температура, можно подумать, что добавление охлаждающей жидкости охладит процесс.

Однако добавление охлаждающей жидкости для станков с ЧПУ делает стружку еще более изогнутой, уменьшает контакт между инструментом и стружкой и концентрирует тепло на инструменте, что значительно увеличивает его износ. В этом случае может пригодиться стружколом.

Глубина резания, передний угол и скорость резания

Другой пример можно найти в обработке термопластов. Термопласты обычно имеют низкую теплопроводность и низкий модуль упругости. Это означает, что при обработке на них сильно влияют тепловые колебания на кончике инструмента. Глубину резания, передний угол и скорость резания необходимо регулировать относительно друг друга, чтобы избежать повышения температуры и образования липкой и липкой стружки на кончике инструмента.

Также следует знать, что глубина резания является одним из трех основных параметров, влияющих на срок службы инструмента, наряду со скоростью резания и подачей.

Как рассчитать глубину резания?

Значение количественных взаимосвязей между различными переменными очевидно, когда вам нужен расчет глубины резания. Почему температура инструмента становится высокой? почему качество поверхности плохое? Почему режущий инструмент быстро изнашивается? И многое другое.

Для того, чтобы рассчитать глубину резания, необходимо указать следующие параметры:

• Какой процесс обработки (фрезерование, токарная обработка и т. д.)
• Материал заготовки
• Свойства подсказки
• Возможности машины
• Требуемая обработка поверхности и допуск

Глубина резания при токарной обработке

При токарной обработке с ЧПУ заготовка вращается, в то время как инструмент удаляет слой материала, перемещаясь по длине заготовки. Глубина резания может совпадать с подачей или скоростью подачи, которая представляет собой просто расстояние, которое инструмент проходит вдоль заготовки при каждом обороте с течением времени, и измеряется в мм/мин.

Следовательно, глубину резания можно просто определить по толщине удаляемого материала и рассчитать по формуле:

Глубина резания в процессе фрезерования

В процессе фрезерования с ЧПУ инструмент вращается, а заготовка неподвижна. Глубина резания — это просто то, насколько глубоко инструмент врезается в заготовку за один оборот. Обычно глубина резания в 4 раза превышает диаметр режущего инструмента для больших диаметров (более 20 мм) и в 10 раз больше диаметра для инструментов меньшего диаметра.

Сравнить значение толщины стружки со значением глубины резания

Важно различать толщину стружки и глубину резания, поскольку они НЕ одинаковы и НЕ имеют одинакового значения.

Чтобы объяснить это, нам нужно более внимательно взглянуть на рисунок 1 идеального процесса резки. Значение глубины резания (обозначим его to) отличается от толщины стружки (tc).

Рисунок 1:идеальный процесс резки

Процесс удаления стружки осуществляется посредством резки с четко определенной плоскостью сдвига и с определенным углом сдвига φ, как показано на следующем рисунке 2. Благодаря этому значение толщины стружки всегда превышает значение глубины резания.

Рисунок 2:основной механизм формирования чипов

Коэффициент резания и коэффициент сжатия стружки

Отношение глубины резания к толщине стружки to/tc называется коэффициентом резания или коэффициентом толщины стружки, обозначается (r) и может быть рассчитано следующим образом:

Его также можно рассчитать по углу сдвига φ и переднему углу α, как показано на рисунке 1, следующим образом:

Где:

φ:угол сдвига
α:передний угол

Обратная величина этого значения называется коэффициентом сжатия стружки или коэффициентом сжатия стружки, который показывает, насколько толщина стружки соотносится с глубиной резания.

Бонус:глубина резания в зависимости от силы и мощности резания

Знание силы и мощности резания имеет решающее значение для расчета DOC. Они могут предоставлять важные параметры, такие как:

• Инструменты с необходимой прочностью, позволяющей избежать быстрого износа и обеспечить максимальную эффективность и качество поверхности.
• Держатели заготовок и приспособления, способные выдерживать эти силы с минимальными деформациями.

Требуемая мощность представляет собой просто произведение силы резания, умноженной на скорость, и может быть рассчитана следующим образом:

Где Fc — это «сила резания», определяемая как сила, с которой инструмент прорезает заготовку, и действующая в том же направлении, что и скорость инструмента V.

Полная удельная энергия — это общая энергия, необходимая для создания силы сдвига, необходимой для прорезания поверхности (нас), в дополнение к удельной энергии трения, которая представляет собой энергию, необходимую для преодоления трения между инструментом и поверхностью (мкФ).

Удельная энергия сдвига и удельная энергия трения связаны с глубиной резания и могут быть рассчитаны следующим образом:

Скорость стружки связана со скоростью резания следующим образом:

Поэтому стоит отметить, что эти формулы можно использовать и наоборот для расчета глубины резания при определенных параметрах станка.

WayKen — надежный партнер для ваших проектов по обработке

Механическая обработка — сложная операция, и установить количественные значения всех параметров и определить обрабатываемость определенного материала — непростой процесс.

WayKen — ваш эксперт в области обработки с ЧПУ, предлагающий эффективные и доступные решения для обработки. Наши инженеры разработают комплексную стратегию обработки, чтобы гарантировать, что каждый параметр обработки в процессе соответствует требованиям обработки. Кроме того, мы проводим 100% проверку каждого проекта на предмет соответствия спецификациям вашей продукции.

Заключение

Глубина резания – очень важный параметр, который следует учитывать перед началом процесса обработки. Как объяснялось ранее, значение глубины резания напрямую влияет на зависимые параметры обработки, такие как силы обработки и удельная энергия. От расчета этих значений зависит не только прочность и качество поверхности заготовки, но и материал инструмента, тип крепления и возможность использования охлаждающего агента.