Параметры подачи и скорости при резьбовом фрезеровании: расчет траектории движения фрезы

Значения подачи и скорости при резьбофрезеровании не считаются окончательными, когда калькулятор выдает число оборотов в минуту (RPM) и линейную подачу. Эти значения описывают резание по активному диаметру инструмента. Однако система ЧПУ управляет движением центра фрезы по спиральной траектории. При нарезании внутренней резьбы эта центральная траектория меньше диаметра, по которому работает режущая кромка. При нарезании наружной резьбы он больше. Если система CAM ожидает подачу с поправкой на траекторию и получает подачу по кромке без поправки — или корректирует значение, которое уже было скорректировано, — нагрузка на режущую кромку перестает соответствовать замыслу программиста.

Таким образом, обоснованная настройка включает в себя два расчёта и одну проверку. Сначала необходимо рассчитать частоту вращения шпинделя и подачу режущей кромки на основе данных, относящихся к конкретному режущему инструменту и обрабатываемому материалу. Затем, когда этого требует система программирования, необходимо пересчитать эту подачу на траекторию от центра режущего инструмента. Наконец, перед запуском в производство следует проверить сгенерированный тракт движения и выполнить пробную резку одной резьбы.

Попробуйте калькулятор

Перед расчетом определите геометрию

Начните с резьбы, а не с калькулятора. Запишите форму резьбы и номинальный размер, шаг или количество витков на дюйм, класс допуска, расположение (внутреннее или внешнее), направление (правое или левое), количество зачатков, полезную глубину резьбы, пространство для снятия фаски и метод контроля. Определите размер предварительного отверстия или наружный диаметр и убедитесь, что инструмент может войти в отверстие, выполнить резку на всю глубину и выйти из него без столкновения с буртиком.

Далее определите резец по производителю и точному артикулу. Запишите его режущий диаметр, количество действующих зубьев, режущую длину, минимальный внутренний диаметр (если применимо), однопрофильную или многопрофильную конструкцию, хвостовик и держатель. Не следует принимать номинальный диаметр резьбы за диаметр резака. Не следует предполагать, что два инструмента, образующие одинаковую резьбу, используют одинаковую линейную скорость, нагрузку на зуб или стратегию радиального прохода.

Сайт Ассортимент твердосплавных резьбофрез может помочь определить подходящие семейства инструментов. Программа по-прежнему руководствуется чертежными данными и данными о применении выбранной модели; наличие ссылки на каталог не означает, что каждое указанное семейство подходит для любого материала, глубины или формы резьбы.

Перед выбором параметров резания заполните кортеж условий: материал и твердость заготовки, термообработка, наличие окалины или прерываний, способ подачи охлаждающей жидкости, тип держателя, измеренное биение, вылет, диапазон скоростей шпинделя, возможности подачи, пределы ускорения и жесткость зажимного устройства. Также уточните значение каждого поля в CAM-системе. Некоторые системы запрашивают подачу по кромке режущего инструмента и рассчитывают подачу по осевой линии. Другие ожидают непосредственно значение подачи по осевой линии. Именно эта деталь интерфейса определяет, следует ли включать в расчет отдельную поправку на дугу.

Особое внимание следует уделить соотношению размеров режущего инструмента и резьбы. Поскольку резец занимает большую часть внутреннего диаметра резьбы, разница между окружностью режущей кромки и окружностью центральной линии становится пропорционально больше. Поэтому поправка может иметь гораздо большее значение при обработке небольшого отверстия с использованием относительно большого резака, чем при обработке большого отверстия с использованием небольшого резака. Фреза, которая физически подходит к предварительно просверленному отверстию, всё равно может оставлять мало места для плавного входа по дуге или отвода стружки. Проверьте эти ограничения перед оптимизацией времени цикла.

Глубина резьбы также влияет на механические характеристики. Увеличение выступа инструмента улучшает доступ к заготовке, но снижает жесткость; глубокая глухая резьба также ограничивает отвод стружки и зазор на выходе. Это ограничения, связанные с выбором и настройкой инструмента, а не параметры, которые можно скорректировать с помощью уравнения подачи. Если выбранный инструмент не может одновременно обеспечить необходимый доступ и жесткость, следует вернуться к выбору инструмента, а не компенсировать это произвольным переопределением подачи.

Рассчитать частоту вращения шпинделя исходя из фактического размера режущего инструмента

Используйте скорость резания, указанную конкретным производителем инструмента, в условиях, соответствующих конкретной фрезе, покрытию, обрабатываемому материалу и режиму работы. Значение, указанное на форуме или для другого семейства инструментов, может служить поводом для изучения, но не является исходным параметром для серийного производства.

Для дюймовых единиц измерения:

Приближение «обычного магазина» n = (SFM × 3,82) / D_в отражает ту же зависимость. Для метрических единиц:

Здесь D — это фактический диаметр резания, указанный в данных поставщика, а не диаметр резьбы или диаметр траектории движения режущего инструмента. Vc измеряется в метрах в минуту; SFM — это скорость в футах в минуту.

Сравните полученный результат с допустимым диапазоном скоростей вращения шпинделя станка под нагрузкой. Если рассчитанная скорость превышает допустимый предел, используйте достижимую частоту вращения и пересчитайте подачу исходя из этой фактической скорости. Сохранение прежней линейной подачи при снижении частоты вращения приводит к увеличению нагрузки на режущую кромку. Увеличение частоты вращения без корректировки подачи приводит к её снижению. Эти два параметра взаимосвязаны.

Преобразовать подачу на зуб в подачу по режущей кромке

Если в источнике указана подача на зуб, рассчитайте линейную подачу по диаметру активной режущей поверхности:

z — это количество эффективных режущих зубьев и fz — это подача на один зуб. Величина, выраженная в дюймах в минуту, составляет, когда fz измеряется в дюймах на зуб или в миллиметрах в минуту, когда fz измеряется в миллиметрах на зуб.

Уточните, что считается «рабочим зубьём» для выбранного резака. Резьбонарезная фреза с несколькими профилями может иметь по всей длине множество профилей резьбы, но эти профили не всегда автоматически соответствуют количеству канавок в уравнении подачи. Используйте определение производителя. Аналогично, если в исходных данных уже указана линейная подача для заданной частоты вращения, не умножайте её повторно на частоту вращения или количество канавок.

Этот результат представляет собой требуемую подачу режущей кромки. Он обеспечивает поддержание заданной нагрузки на стружку по окружности инструмента при прямолинейном резании. При круговой интерполяции вводится второй радиус, поэтому в команде ЧПУ может потребоваться дополнительный шаг.

Перенести передовую подачу на траекторию режущего центра

Линейная подача — это расстояние, пройденное за определенный промежуток времени, однако необходимо уточнить, на каком уровне измеряется расстояние. Если система CAM или система управления определяет подачу на основе плоской компоненты дуги XY, то активная режущая кромка и центр режущего инструмента проходят свои различные окружности за одинаковое время. Их плоские подачи связаны между собой соотношением «траектория/диаметр»:

В этом и заключается основная проблема круговой интерполяции: одинаковый угловой промежуток не означает одинаковое линейное расстояние на двух радиусах.

Это соотношение диаметров не является универсальной формулой для трёхмерной спиральной подачи. Если запрограммировать F отражает суммарное расстояние вдоль всей спирали; осевой шаг на один виток также влияет на длину пути. При осевом продвижении L за один виток соответствующее отношение длин составляет:

Символы: F_c,XY и F_{e, XY} — это плоские подачи по центральной траектории и по режущей кромке; F_{c, h} и F_{e, h} — это соответствующие результирующие подачи по спиральной траектории; D_c и D_e — это диаметры их траекторий; и L — это осевой ход за один полный оборот по траектории.

Используйте плоскостное соотношение только в том случае, если в документации по CAM/управлению подача определяется на основе плоского кругового движения. Используйте соотношение «длина спирали», только если оно определяет подачу вдоль результирующей 3D-траектории. Многие системы обрабатывают это внутренне, поэтому необходимо совместно проверять введенные данные, сгенерированную центральную траекторию и заданный режим подачи.

В случае внутренней резьбы траектория центра лежит внутри траектории активной режущей кромки. Её диаметр меньше, поэтому подача по центральной линии обычно меньше, чем подача по кромке, когда система управления управляет центром режущего инструмента. В случае внешней резьбы центр движется по кругу большего диаметра, чем активная режущая кромка, обращённая внутрь, поэтому требуемая подача по центральной линии обычно больше.

Эта проверка направления полезна, но её недостаточно для программирования «на память». Диаметр, используемый для D_edge_path Это зависит от того, как производитель инструмента и система CAM определяют активную траекторию нарезания резьбы — по большому диаметру, малому диаметру, шагу или другому эффективному диаметру. Компенсация резака, запрограммированный контур и интерпретация системы управления могут перераспределять ответственность между системой CAM и станком. Воспользуйтесь документацией по выбранному инструменту и проверьте сгенерированную центральную траекторию.

Самый надежный вопрос — не “Какую формулу коррекции мне всегда использовать?”, а “Какой физический путь описывает эта подача и какой путь — эта программная команда?”. Запишите оба ответа рядом с расчетом. Затем один раз примените это соотношение.

Калькулятор частоты вращения при резьбовом фрезеровании и подачи по плоскости

Введите данные резания для конкретного резака и материала, затем укажите диаметр траектории активной режущей кромки и диаметр траектории по центру резака. Последний результат представляет собой лишь проверку соотношения траекторий в плоскости. Используйте его только в том случае, если CAM-система или система управления рассчитывает на подачу по осевой линии и ещё не применила соответствующую поправку.

Не смешивайте шаг резака с подачей шпинделя

Шаг резьбы определяет осевой ход по спирали. В случае однозаходной резьбы один оборот резака вокруг заготовки на 360 градусов соответствует продвижению на один шаг вдоль оси резьбы. Этот оборот представляет собой один оборот траектории инструмента, а не один оборот шпинделя. Шпиндель может совершить тысячи оборотов, пока центр резака совершит один оборот.

В случае резьбы с несколькими заходами шаг и шаг по оси не являются взаимозаменяемыми величинами: шаг по оси — это осевой перемещение за один оборот резьбы, равное произведению шага на количество заходов. Цикл CAM должен отражать заданное количество заходов и направление резьбы. Ни в коем случае не следует “исправлять” ошибку осевого шага путем изменения подачи на зуб.

Шаг также влияет на фактическое трехмерное расстояние, которое проходит центр вдоль спирали. Многие системы ЧПУ автоматически рассчитывают спиральную траекторию и характер подачи. Программисту по-прежнему необходимо подтвердить конечную точку по оси после одного оборота, общее количество оборотов, начальную глубину, конечную глубину, а также убедиться, что движения входа и выхода не задевают деталь.

Выполнить символический расчет с внутренней резьбой

Предположим, что точные данные об инструменте определяют скорость резания Vc, подача на зуб fz, диаметр режущего инструмента Dc и фактическое количество флейт z для заданных условий материала. Модель с внутренней резьбой определяет диаметр траектории активной режущей кромки De, а траектория инструмента CAM определяет диаметр по центру режущей кромки Dp.

1. Рассчитать n = (1000 × V_c) / (π × D_c) в метрических единицах.
2. При необходимости установите допустимый предел скорости шпинделя станка.
3. Рассчитать подачу режущего инструмента F_e = n × z × f_z.
4. Если CAM предполагает плоскую подачу по центральной траектории, рассчитайте F_p = F_e × (D_p / D_e). Если требуется подача по спиральной траектории, используйте соотношение длины спирали к осевому шагу L вместо этого.
5. Введите Fp один раз. Если CAM рассчитывает подачу по кромке и самостоятельно применяет коэффициент, введите Fe и не корректируйте его заранее.
6. Убедитесь, что при вращении на 360 градусов шаг резьбы однозаходной резьбы увеличивается на указанное значение.

Потому что Dp меньше, чем De для внутреннего случая, Fp должно быть меньше, чем Fe. Если результат меняется в противоположном направлении, остановитесь и проверьте заданные значения диаметра. В этом символическом примере намеренно не указаны рекомендуемые значения скорости подачи (SFM), нагрузки на режущую кромку и диаметра. Эти параметры должны быть соотнесены с выбранным инструментом и условиями обработки.

Проанализируйте данные на выходе CAM до запуска станка

Не следует рассматривать чистый образ симуляции как доказательство правильности значения параметра. Откройте определение операции и заданное движение и ответьте на следующие контрольные вопросы:

1. Требуется ли в поле «Подача» указать краевую подачу, подачу по центральной линии или значение нагрузки на режущий инструмент?
2. Включена ли оптимизация подачи дуги и распространяется ли она на внутренние дуги, внешние дуги или на обе?
3. Какой диаметр центральной дорожки показан на чертеже задней части при полном сцеплении?
4. Один виток обеспечивает правильный шаг или опережение в заданном осевом направлении?
5. Направление фрезерования для выбранного внутреннего или внешнего контура задан намеренно?
6. Позволяют ли дуги входа и выхода плавно входить в поворот, не ударяясь о противоположную стену?
7. Резьба нарезается за один радиальный проход или за несколько, и соответствует ли это выбранному способу ведения инструмента?
8. Были ли в выводе сообщения указаны ожидаемые данные о шпинделе, режиме подачи, плоскости, направлении дуги и конечной точке?
9. Соблюдаются ли ограничения по частоте вращения станка, подаче, ускорению и интерполяции?

Ошибка в режиме подачи может остаться незамеченной при визуальной симуляции. Убедитесь, что в программе используется режим «единиц в минуту», «обратное время» или другой режим, специфичный для данного станка. Если будут активны компенсация режущего инструмента или поправка на износ, перед пробной резкой уточните знак и правила настройки на данном станке.

Сравните результаты отображения CAM с простой независимой оценкой. Расчетный диаметр центра должен совпадать с данными обратного расчета, скорректированная подача должна изменяться в ожидаемом направлении (внутреннем/внешнем), а осевая конечная точка после полного оборота должна равняться требуемому шагу или углу наклона. Это не вторая система CAM; это проверка разумности размеров, которая позволяет выявить неправильный диаметр инструмента, дублирующуюся компенсацию или несоответствие единиц измерения до начала резки металла.

Протестируйте одну нить и тщательно подоберите размер

В первую очередь необходимо провести симуляцию и проверку на столкновения. На станке проверьте тип инструмента, измеренное биение, посадку держателя, смещение заготовки, предварительное отверстие, зазор, подачу охлаждающей жидкости и версию загруженной программы. Соблюдайте утвержденные на предприятии правила проведения пробного прогона или обработки по отдельным блокам; не нарушайте правила работы с защитными блокировками.

Изготовьте одну пробную деталь из типового материала. Зафиксируйте фактическую частоту вращения шпинделя и значение переопределения подачи, а затем проверьте резьбу с помощью указанного калибра или метода измерения. Проверьте размер на нескольких глубинах, если резьба достаточно длинная, чтобы конусность имела значение. Оцените качество поверхности, наличие заусенцев, динамику нагрузки, стружку, звук и состояние режущей кромки.

Если резьба постоянно получается слишком плотной или слишком рыхлой при стабильных параметрах формы, чистоты обработки и состоянии инструмента, измените заданный радиус резателя, коэффициент износа или смещение траектории резания в соответствии с правилами CAM/системы управления. Проведите точную регулировку, повторите резку или обработайте следующий контрольный элемент и зафиксируйте результат. Не изменяйте подачу только для изменения размера резьбы. Подача является переменной, определяющей режущую нагрузку; радиус траектории — непосредственной переменной, определяющей размер.

Если размер изменяется в зависимости от глубины, прежде чем применять единое общее смещение, необходимо проверить биение, прогиб, состояние держателя, вылет, центрирование предварительного отверстия и стратегию радиального проходного резания. Одно смещение может скрыть один конец конической резьбы, одновременно ухудшив другой.

Оценивайте неудачный результат, опираясь на факты, а не на интуицию

Этот порядок имеет значение. Неправильную траекторию центрирования невозможно надежно исправить путем замедления вращения шпинделя. Чрезмерный биение невозможно нормализовать путем усреднения измеренного размера резьбы. Измените переменную, которая непосредственно объясняет наблюдаемый результат, и спрогнозируйте, каким должен быть результат следующего измерения.

Ввести в эксплуатацию отслеживаемый процесс резьбового фрезерования

В выпущенной настройке должны быть сохранены: спецификация резьбы и метод контроля; производитель инструмента, артикул, диаметр и определение канавки; источник и версия данных резания; материал и состояние заготовки; расчеты числа оборотов и подачи по кромке; диаметры центральной траектории и ответственность за корректировку; операции CAM и версию постпроцессора; параметры входа, выхода, прохода и охлаждающей жидкости; фактические команды станка; активные смещения; результаты пробной резки; а также допустимый диапазон регулировки.

Эта запись превращает успешную резьбу, полученную в результате удачного стечения обстоятельств, в повторяемый процесс. Кроме того, это ускоряет проведение следующего исследования: программист может определить, привели ли изменения инструмента, материала, диаметра траектории, настроек программного обеспечения или ограничений станка к тому, что исходные значения подачи и скорости фрезерования резьбы стали неприменимыми.