Вибрати правильну швидкість шпинделя ЧПК не так просто, як знайти максимальне число обертів за хвилину, указане в специфікації верстата.

Верстат з ЧПК може мати шпиндель зі швидкістю 12 000, 15 000 або навіть 20 000 об/хв, але це не означає, що верстат повинен працювати на максимальній швидкості для кожного матеріалу.

Правильна швидкість обертання шпинделя залежить від кількох факторів, які взаємодіють разом:

• Матеріал заготовки
• Матеріал ріжучого інструменту
• Діаметр інструменту
• Швидкість різання
• Операція механічної обробки
• Глибина пропилу
• Норма подачі
• Жорсткість машини
• Необхідна обробка поверхні

Ось чому правильна швидкість шпинделя ЧПК для алюмінію може повністю відрізнятися від відповідної швидкості для вуглецевої або нержавіючої сталі.

Для покупців і машиністів більш корисним питанням є не те:

«Скільки обертів на хвилину може досягати цей верстат з ЧПК?»

Це:

«Яку швидкість шпинделя може ефективно використовувати цей верстат для матеріалів та інструментів, які ми фактично використовуємо?»

1. Швидкість шпинделя та швидкість різання – це не одне й те саме

Це перша відмінність, яку потрібно зрозуміти.

Швидкість шпинделя зазвичай виражається в обертах за хвилину:

RPM

Він говорить вам, як швидко обертається шпиндель.

Швидкість різання описує відносну швидкість між ріжучою кромкою та поверхнею заготовки, яка зазвичай виражається у:

м/хв або SFM

Ці дві величини пов’язані через діаметр інструменту.

Для метричної обробки загальним розрахунком є:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Де:

n=швидкість шпинделя в об/хв

Vc=швидкість різання в м/хв

D=діаметр інструмента в мм

Це означає, що однакова швидкість різання може вимагати дуже різної швидкості шпинделя залежно від діаметра інструменту.

Наприклад, маленька торцева фреза може вимагати набагато більших обертів, ніж велика торцева фреза, навіть якщо обробляти той самий алюмінієвий компонент.

Ось чому кажуть:

«Алюміній слід обробляти зі швидкістю 10 000 об/хв»

не має технічного значення без знання діаметра інструменту та умов різання.

2. Чому той самий матеріал може вимагати різної швидкості шпинделя

Припустимо, ви обробляєте алюміній.

Твердосплавна торцева фреза 6 мм і торцева фреза 50 мм не використовуватимуть однакову швидкість шпинделя.

Менший різак зазвичай може працювати з набагато вищою швидкістю обертання.

Більший різак долає більшу відстань за один оберт, тому необхідні оберти нижчі для тієї самої швидкості різання.

Наприклад, якщо рекомендована швидкість різання становить 300 м/хв:

Для інструменту 10 мм:

n ≈ 9550 об/хв

Для інструменту 50 мм:

n ≈ 1910 об/хв

Матеріал не змінився.

Змінився діаметр інструменту.

Ось чому вибір швидкості шпинделя ЧПК завжди повинен починатися з ріжучого інструменту та матеріалу, а не з максимальних обертів верстата.

3. Як вибрати швидкість шпинделя ЧПК для алюмінію

Алюміній зазвичай асоціюється з високо-швидкісною обробкою з ЧПК, оскільки багато алюмінієвих сплавів можна обробляти на відносно високих швидкостях різання.

Але точна швидкість шпинделя ЧПК для алюмінію залежить від:

Алюмінієвий сплав

Інструментальний матеріал

Діаметр інструменту

Кількість флейт

Операція різання

Охолоджуюча рідина

Жорсткість машини

Наприклад, маленька торцева фреза з твердого сплаву, яка використовується для фінішної обробки алюмінієвого корпусу, може працювати на значно вищих обертах, ніж велика торцева фреза, яка використовується для чорнової обробки.

Висока швидкість шпинделя може бути особливо корисною, коли:

Використання інструментів малого-діаметра

Обробка тонких стінок

Оздоблення алюмінієвих поверхонь

Видалення матеріалу зі складних кишень

Однак максимальна швидкість шпинделя не є автоматичною цільовою метою.

Якщо машина досягає 18 000 об/хв, але вибраний інструмент і умови різання вимагають 8 000 об/хв, робота на 18 000 об/хв просто тому, що машина може це робити, не є перевагою.

4. Як вибрати швидкість шпинделя ЧПК для вуглецевої сталі

Вуглецева сталь зазвичай вимагає іншого підходу до обробки.

Рекомендована швидкість різання зазвичай нижча, ніж для багатьох застосувань алюмінію, особливо при використанні традиційних твердосплавних інструментів і виконанні більш важких різів.

Для швидкості шпинделя ЧПК для сталі враховуйте:

Марка сталі

Інструментальний матеріал

Покриття інструменту

Діаметр інструменту

Чорнова або чистова обробка

Глибина пропилу

Жорсткість машини

Важка механічна обробка сталі також може створювати значні навантаження на шпиндель і конструкцію машини.

Це означає, що крутний момент шпинделя стає все більш важливим.

Машина з надзвичайно високими обертами може бути не найкращим вибором, якщо у вашому виробництві переважає чорнова обробка важкої сталі.

Наприклад, фреза великого-діаметра, яка видаляє значну кількість матеріалу, може працювати на відносно низькій частоті обертів, вимагаючи високого крутного моменту шпинделя.

Це одна з причин, чому покупцям слід порівнювати швидкість шпинделя та крутний момент шпинделя при виборі обробного центру з ЧПК.

5. Нержавіюча сталь потребує більшого догляду

Нержавіюча сталь є одним із матеріалів, де погані параметри різання можуть швидко створити проблеми.

Залежно від сорту та умов обробки, надмірне нагрівання або тертя можуть сприяти:

Знос інструменту

Трудове загартування

Погана обробка поверхні

Вбудований-край

Розмірні проблеми

Тому вибір швидкості шпинделя ЧПК для нержавіючої сталі не повинен базуватися лише на назві матеріалу.

Аустенітна нержавіюча сталь, мартенситна нержавіюча сталь, нержавіюча сталь із-дисперсійним зміцненням та інші марки можуть мати різні характеристики обробки.

Геометрія інструменту та покриття також мають значення.

Якщо постачальник інструменту надає рекомендовані діапазони-швидкості різання, ці значення слід використовувати як початкову точку.

Потім відрегулюйте умови різання на основі:

Реальна продуктивність інструменту

Жорсткість машини

Охолоджуюча рідина

Стійкість заготовки

Глибина різання

6. Чавун не вимагає автоматично високих обертів

Обробка чавуну може створити середовище різання, яке дуже відрізняється від алюмінію.

Залежно від марки та застосування, чавун може спричиняти абразивне зношування та велику кількість стружки чи пилу.

Відповідна швидкість шпинделя ЧПК залежить від:

Сорт чавуну

Інструментальний матеріал

Покриття інструменту

Діаметр фрези

Суха або мокра обробка

Чорнова або чистова обробка

У багатьох сферах застосування з чавуну стабільність машини та довговічність інструменту можуть бути важливішими, ніж максимальна швидкість шпинделя.

Це ще один приклад того, чому найвища кількість обертів на хвилину в технічних характеристиках машини не обов’язково є найбільш корисною цифрою для виробництва.

7. Діаметр інструменту безпосередньо впливає на оберти

Діаметр інструмента є однією з найважливіших змінних у розрахунку-швидкості шпинделя.

Використовуючи:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

ви бачите, що оберти зменшуються зі збільшенням діаметра інструменту.

Для тієї ж швидкості різання:

Маленький інструмент → Вищі оберти

Великий інструмент → Зменшити оберти

Це стає особливо важливим при виборі шпинделя верстата з ЧПК.

Високошвидкісний-шпиндель може бути корисним, коли у вашому виробництві використовується багато інструментів малого-діаметра.

Але якщо у вашому виробництві в основному використовуються великі фрези для важкої чорнової обробки, крутний момент і потужність шпинделя можуть бути важливішими, ніж максимальні оберти.

8. Не завжди використовуйте однакову швидкість шпинделя при чорновій і чистовій обробці

Той самий матеріал і інструмент можна використовувати в різних умовах різання для чорнової та чистової обробки.

Чорнова обробка

Зазвичай метою є ефективне видалення матеріалу.

Процес може включати:

Більша глибина різу

Більше радіальне зачеплення

Вищі сили різання

Більше навантаження на шпиндель

Жорсткість машини та крутний момент стають важливими.

Оздоблення

Ціллю зазвичай є:

• Якість поверхні
• Точність розмірів
• Стабільний рух інструменту
• Послідовні умови різання

Операція фінішної обробки може використовувати інший діаметр інструменту, швидкість подачі, радіальне зачеплення та швидкість шпинделя.

Тому не існує єдиного «правильного RPM» для матеріалу.

Правильна швидкість шпинделя залежить від певної комбінації інструмент + матеріал + операція.

9. Швидкість шпинделя повинна відповідати швидкості подачі

Зміна обертів без урахування швидкості подачі може створити ще одну проблему.

Для фрезерування загальним співвідношенням є:

Vf=n × z × fz

Де:

Швидкість подачі Vf =

n=швидкість шпинделя

z=кількість ріжучих кромок

fz=подача на зуб

Припустимо, ви значно збільшили швидкість шпинделя, але залишили швидкість подачі незмінною.

Навантаження стружки на зуб може стати занадто малим.

Інструмент може почати натирати замість того, щоб ефективно різати.

З іншого боку, збільшення швидкості подачі без урахування швидкості шпинделя може збільшити навантаження на різання та потенційно спричинити:

Поломка інструменту

Балаканина

Погана обробка поверхні

Перевантаження шпинделя

Ось чому швидкість шпинделя ЧПК і швидкість подачі слід вибирати як пару, а не окремо.

10. Не ігноруйте максимальну швидкість шпинделя верстата з ЧПК

Після розрахунку необхідної швидкості обертання шпинделя порівняйте її з фактичною потужністю верстата.

Наприклад:

Необхідна швидкість:

14 000 об/хв

Машина максимум:

12 000 об/хв

Ви не можете просто запрограмувати 14 000 об/хв.

Верстат з ЧПК має працювати в діапазоні швидкості -шпинделя.

Але важлива і протилежна ситуація.

Припустімо, що ваша машина може досягти:

20 000 об/хв

тоді як ваше виробництво в основному використовує:

Фрези для сталі 30–50 мм

Можливість 20 000 обертів на хвилину може мати незначну цінність для вашої основної роботи.

Ось чому покупець повинен вибрати специфікацію шпинделя верстата з ЧПК навколо фактичного діапазону різання, а не просто вибрати верстат з найвищими максимальними обертами.

11. Крутний момент шпинделя має значення на низьких швидкостях

Потужність і крутний момент шпинделя стають особливо важливими під час важкого різання.

Співвідношення між потужністю шпинделя, крутним моментом і швидкістю означає, що здатність верстата підтримувати крутний момент у всьому робочому діапазоні впливає на його ефективність під час різних операцій різання.

Це має значення при механічній обробці:

Вуглецева сталь

Нержавіюча сталь

Чавун

Великі форми

Важкі механічні компоненти

Високошвидкісний-шпиндель, оптимізований для легкого різання, може не забезпечувати такої ж практичної продуктивності, як шпиндель, розроблений для високого крутного моменту на низьких швидкостях.

Порівнюючи технічні характеристики верстатів з ЧПК, запитайте у виробника криву крутного моменту шпинделя, якщо важка обробка є частиною вашого виробництва.

Це говорить вам більше, ніж максимальні оберти.

12. Жорсткість машини може обмежити швидкість шпинделя, яку ви можете фактично використовувати

Розрахована швидкість обертання шпинделя може бути теоретично прийнятною, але машина все одно повинна підтримувати стабільне різання.

Якщо налаштування слабкі, збільшення обертів іноді може погіршити вібрацію.

Можливі причини:

Недостатня жорсткість машини

Довгий звис інструменту

Слабка хватка

Тонкі стінки заготовки

Незбалансований інструмент

Неправильні параметри різання

Це особливо важливо для обробки-з глибокими кишенями та великих інструментів.

Якщо ви відчуваєте балакання, не вважайте автоматично, що єдиним рішенням є вища або менша швидкість шпинделя.

Перевірте всю систему обробки:

Верстат + інструмент + тримач + пристосування + заготовка + параметри різання

13. Як матеріал інструменту змінює швидкість шпинделя

Сам ріжучий інструмент також впливає на рекомендовану швидкість різання.

Загальні інструментальні матеріали включають:

Швидкорізальна-сталь

Карбід

Карбід з покриттям

Керамічні

Інші спеціалізовані ріжучі матеріали

Твердосплавний інструмент може підтримувати значно вищі швидкості різання, ніж звичайний інструмент з високоякісної швидкозбираної сталі в тому самому матеріалі.

Покриття інструменту також може вплинути на продуктивність.

Наприклад, покриття, розроблені для певних груп матеріалів, можуть покращити зносостійкість і дозволити різні умови різання.

Тому, обчислюючи швидкість шпинделя ЧПК, не надавайте постачальнику верстатів ЧПК лише матеріал заготовки.

Також визначте передбачуваний інструмент.

14. Практична відправна точка для різних матеріалів

Наступну таблицю слід розглядати як вихідну структуру, а не як універсальну діаграму RPM.

Точна швидкість шпинделя все одно має виходити з рекомендацій виробника ріжучого-інструменту та регулюватися відповідно до фактичної машини та налаштувань.

15. Приклад: Чому один матеріал може використовувати кілька різних значень обертів на хвилину

Припустимо, ви обробляєте алюмінієвий корпус.

У вас є три операції:

Операція 1 - торцеве фрезерування

Діаметр інструменту: 50 мм

Більший різець означає, що відносно низька швидкість шпинделя може бути доречною.

Операція 2 - Фрезерування кишень

Діаметр інструменту: 12 мм

Менший різак дозволяє набагато вищі оберти за ту саму швидкість різання.

Операція 3 - Обробка малих-отворів

Діаметр інструменту: 4 мм

Потрібні оберти знову можуть бути значно вищими.

Матеріал ідентичний.

Машина ідентична.

Але швидкість обертання шпинделя змінюється, оскільки змінюються інструменти та операції обробки.

Ось чому така заява, як:

«Ми обробляємо алюміній, тому нам потрібен шпиндель зі швидкістю 20 000 об/хв».

не надає достатньо інформації для вибору обробного центру з ЧПК.

16. Що станеться, якщо швидкість шпинделя надто висока?

Надмірна швидкість шпинделя може створити кілька проблем залежно від інструменту та матеріалу.

Серед можливих симптомів:

Надмірне тепло

Швидкий знос інструменту

Поганий термін служби інструменту

Печіння або зміна кольору

Погана обробка поверхні

вібрація

Перевантаження шпинделя

Для деяких матеріалів надмірне тепло також може вплинути на заготовку або прискорити деградацію інструменту.

Правильною реакцією не завжди є просто зменшення обертів.

Вам також може знадобитися налаштувати:

Норма подачі

Глибина пропилу

Радіальне зачеплення

Охолоджуюча рідина

Геометрія інструменту

Ріжуча система повинна залишатися збалансованою.

17. Що станеться, якщо швидкість шпинделя надто низька?

Низькі оберти також можуть створити проблеми.

Залежно від інструменту та матеріалу різець може швидше терти, ніж різати.

Це може призвести до:

Погана обробка поверхні

Надмірна сила різання

Вбудований-край

Підвищений знос інструменту

Погане утворення стружки

Знову ж таки, правильна швидкість шпинделя залежить від умов різання.

Мета полягає не в тому, щоб працювати на найменших можливих обертах.

Він полягає в підтримці відповідної швидкості різання для вибраного інструменту та матеріалу.

18. Як крок за кроком вибрати правильну швидкість шпинделя ЧПК

Практичний процес відбору:

Крок 1 - Визначте матеріал

Визначте фактичну марку матеріалу.

«Сталь» недостатньо специфічна для багатьох застосувань.

Крок 2 - Виберіть інструмент для різання

Визначте:

Інструментальний матеріал

Покриття інструменту

Діаметр інструменту

Кількість флейт

Крок 3 - Отримайте рекомендовану швидкість різання

Використовуйте технічні дані виробника-різального інструменту як відправну точку.

Крок 4 - Розрахувати швидкість шпинделя

Використання:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Крок 5 - Перевірте шпиндель машини

Переконайтеся, що шпиндель верстата з ЧПК може працювати з необхідними обертами та забезпечувати достатню потужність і крутний момент.

Крок 6 - Розрахувати швидкість подачі

Використовуйте рекомендовану подачу на зуб і геометрію інструменту.

Крок 7 - Запустіть контрольований тест

Монітор:

Навантаження на шпиндель

Знос інструменту

Оздоблення поверхні

Формування стружки

вібрація

Стабільність розмірів

Крок 8 - Налаштуйте на основі фактичного виробництва

Розраховане значення є відправною точкою.

Умови виробництва визначають кінцеві робочі параметри.

19. Що це означає при покупці верстата з ЧПК

Якщо ви купуєте обробний центр з ЧПК, не повідомляйте лише виробнику:

«Нам потрібна висока швидкість шпинделя».

Скажіть їм, що ви насправді машинуєте.

Наприклад:

Алюмінієві корпуси, твердосплавні кінцеві фрези 6–16 мм, велико{2}}серійне виробництво, головним чином фрезерування кишень і контурів.

або:

Компоненти з вуглецевої сталі, фрези 40–80 мм, важка чорнова обробка, глибокі кишені, довгі цикли обробки.

Для цих двох застосувань можуть знадобитися дуже різні характеристики шпинделя.

Потім виробник верстатів з ЧПК може оцінити:

• Максимальна швидкість шпинделя
• Номінальна швидкість шпинделя
• Потужність шпинделя
• Крутний момент шпинделя
• Інтерфейс інструменту
• Система охолодження
• Жорсткість машини

Це створює набагато корисніші рекомендації щодо машини.

20. Не купуйте машину з ЧПК, засновану лише на максимальних обертах

Машина, рекламована з:

20 000 об/хв

не є автоматично кращим, ніж один із:

12 000 об/хв

Корисний діапазон шпинделя залежить від того, що ви фактично виробляєте.

Для високо-швидкісної обробки алюмінію невеликими інструментами вищі оберти можуть бути цінними.

Для обробки важкої сталі великими різцями крутний момент і жорсткість можуть мати більше значення.

Для змішаного виробництва збалансований діапазон шпинделя може забезпечити більшу практичну гнучкість.

Тому, порівнюючи технічні характеристики верстатів з ЧПК, оцінюйте шпиндель на основі:

Матеріал + Діаметр інструменту + Швидкість різання + Навантаження різання + Обсяг виробництва

а не максимальні оберти.

Останній: виберіть шпиндель для процесу різання

Правильну швидкість шпинделя ЧПК не можна вибрати лише за назвою матеріалу.

Практичний розрахунок такий:

Матеріал → Інструмент → Діаметр інструменту → Швидкість різання → Обороти шпинделя → Швидкість подачі → Фактичний тест різання

Для алюмінію вищі швидкості шпинделя можуть бути корисними для інструментів малого-діаметра та високо-швидкісної обробки.

Для вуглецевої та нержавіючої сталі відповідна швидкість зазвичай більш тісно пов’язана з матеріалом інструменту, навантаженням різання, контролем нагрівання, крутним моментом шпинделя та жорсткістю машини.

Для великих фрез і важкої чорнової обробки максимальні оберти можуть бути набагато менш важливими, ніж здатність шпинделя підтримувати корисний крутний момент.

Ось чому покупці, які оцінюють обробний центр з ЧПК, повинні дивитися на повну продуктивність шпинделя, а не на одну цифру в технічних характеристиках.

Якщо ви обираєте верстат з ЧПК для певного матеріалу, надайте виробнику верстатів з ЧПК марку матеріалу, типовий діаметр інструменту, операцію обробки, глибину різання та вимоги до виробництва. Ці деталі дозволяють оцінити діапазон швидкості шпинделя, потужність шпинделя, крутний момент і конфігурацію машини порівняно з фактичним процесом обробки.

Dabai Precision Machine Tool постачає вертикальні обробні центри, горизонтальні обробні центри, портальні обробні центри та 5-осьові обробні центри з різними конфігураціями шпинделя для різних вимог до обробки.