Режимы резания:
калькулятор оборотов и подачи

Калькулятор режимов резания считает частоту вращения шпинделя, подачу и мощность резания для точения, фрезерования и сверления. Он берёт скорость резания из справочного диапазона для материала заготовки и инструмента — твёрдого сплава или быстрорежущей стали — и пересчитывает её в обороты по диаметру. Ниже — формулы расчёта режимов резания, порядок их назначения и таблицы скоростей и подач для стали, нержавейки, чугуна, алюминия, меди и титана.

Как пользоваться калькулятором режимов резания

1. Выберите операцию — точение, фрезерование или сверление. Калькулятор покажет только нужные для неё поля.
2. Выберите материал заготовки и инструмента. Твёрдосплавные пластины и фрезы режут в 4–6 раз быстрее быстрорежущих.
3. Укажите вид обработки. На черновой обработке снимают больше металла — подача и глубина больше, скорость ниже. На чистовой — наоборот.
4. Введите диаметр: при точении — диаметр заготовки, при фрезеровании — диаметр фрезы, при сверлении — диаметр сверла. Для фрезы добавьте число зубьев и ширину фрезерования, для точения и фрезерования — глубину резания.

Расчёт идёт сразу при вводе. Пример в окне в начале страницы — черновое точение заготовки из стали 45 диаметром 50 мм твёрдосплавным резцом.

Что такое режимы резания: скорость, подача и глубина

Режимы резания — это основные параметры обработки металла резанием, три величины, которые технолог задаёт на станке для каждого прохода инструмента:

• Глубина резания t (ap) — толщина слоя металла, который снимают за один проход, мм. При точении — половина разницы диаметров до и после прохода.
• Подача S (f) — путь инструмента за один оборот заготовки или фрезы, мм/об. У фрезы подачу считают на один зуб — fz, мм/зуб, а минутную подачу vf — в мм/мин.
• Скорость резания V (vc) — скорость, с которой режущая кромка проходит по поверхности металла, м/мин. Её задают не напрямую, а частотой вращения шпинделя n.

Назначают их именно в таком порядке. Сначала — глубину: по припуску, чтобы снять его за наименьшее число проходов. Затем — подачу: наибольшую, которую выдержат инструмент, станок и требования к шероховатости. Скорость — последней: её выбирают так, чтобы инструмент проработал нужное время до замены. Такой порядок даёт наибольшую производительность: время обработки сильнее всего сокращается глубиной и подачей, а скорость сильнее всего влияет на износ.

Выбор режимов резания: от чего они зависят

Оптимальные режимы резания — те, при которых деталь получается нужного качества за наименьшее время, а режущий инструмент служит заданный срок. На выбор режимов резания влияют шесть параметров:

• Обрабатываемый материал. Чем он твёрже и прочнее, тем ниже скорость резания. Нержавеющая сталь и титан плохо отводят тепло — тепло остаётся в зоне резания, и скорость для них ниже, чем для обычной стали той же твёрдости. Алюминий, латунь и медь допускают высокие скорости.
• Материал и геометрия режущего инструмента. Твёрдый сплав выдерживает в 4–6 раз большую скорость, чем быстрорежущая сталь, а пластина с покрытием — ещё на 20–40 % больше. Угол в плане меняет толщину стружки: при угле 45° стружка в 1,4 раза тоньше подачи, и подачу можно поднять.
• Жёсткость системы «станок — приспособление — инструмент — деталь». Длинный вал без задней бабки, большой вылет резца или фрезы, тонкостенная деталь не выдерживают больших сил резания: появляется вибрация, и режим снижают.
• Мощность станка. Мощность резания растёт с глубиной, подачей и скоростью. Если привода не хватает, сначала уменьшают глубину или подачу.
• Требования к качеству поверхности и точности. Шероховатость задаёт подачу на чистовом проходе, точность — число проходов и глубину последнего из них.
• Охлаждение. Смазочно-охлаждающая жидкость снижает температуру в зоне резания и позволяет держать более высокие скорости. При сухом резании скорость обычно снижают на 20–30 %.

Формулы расчёта режимов резания

Частота вращения шпинделя по скорости резания и диаметру:

n = 1000 × V / (π × D)

Здесь n — обороты, об/мин; V — скорость резания, м/мин; D — диаметр заготовки при точении или инструмента при фрезеровании и сверлении, мм. Обратная формула — V = π × D × n / 1000 — нужна, чтобы проверить, с какой скоростью режет станок на заданных оборотах.

Минутная подача при точении и сверлении — vf = f × n, при фрезеровании — vf = fz × z × n, где z — число зубьев фрезы. Время прохода длиной L считают как L / vf.

Мощность резания при точении оценивают через удельную силу резания kc — силу, нужную, чтобы срезать стружку сечением 1 мм² из данного материала:

Pc = V × ap × f × kc / 60 000

Pc — мощность, кВт; kc — около 1 700–2 300 Н/мм² для конструкционных сталей, 2 400 — для нержавеющей, 1 100 — для чугуна, 700 — для алюминия. При фрезеровании Pc = ap × ae × vf × kc / (60 × 10⁶), при сверлении Pc = f × V × D × kc / 240 000. Привод станка должен быть мощнее на 20–25 %: часть мощности уходит на потери в передачах.

Пример расчёта режимов резания при точении

Вал из стали 45 нужно проточить с диаметра 60 мм до 55 мм на длине 150 мм, шероховатость поверхности — Ra 3,2. Инструмент — твердосплавная пластина с радиусом при вершине 0,8 мм.

1. Припуск и проходы. Припуск на сторону — (60 − 55) / 2 = 2,5 мм. Его снимают за два прохода: черновой с глубиной 2 мм и чистовой с глубиной 0,5 мм.
2. Подача. На черновом проходе — 0,35 мм/об, на чистовом — 0,15 мм/об: такая подача при радиусе 0,8 мм даёт требуемую шероховатость обработанной поверхности.
3. Скорость и обороты. Черновой проход — 150 м/мин: n = 1000 × 150 / (3,14 × 60) ≈ 800 об/мин. Чистовой — 180 м/мин на диаметре 56 мм: около 1 020 об/мин.
4. Мощность. На черновом проходе Pc = 150 × 2 × 0,35 × 2 000 / 60 000 ≈ 3,5 кВт — станку нужен привод от 4,5 кВт.
5. Машинное время. Черновой проход — 150 / (800 × 0,35) ≈ 0,54 минуты, чистовой — 150 / (1 020 × 0,15) ≈ 0,98 минуты. Чистовой проход идёт почти вдвое дольше: качество поверхности оплачивают временем.

Машинное время и крутящий момент

По режиму резания считают основное, или машинное, время — время, когда инструмент снимает металл:

T_о = L × i / (n × f)

L — длина обработки с врезанием и перебегом инструмента, мм; i — число проходов; n — обороты, об/мин; f — подача, мм/об. Для фрезы в знаменателе стоит минутная подача vf. Вал длиной 200 мм за два прохода при 970 об/мин и подаче 0,36 мм/об точится около 1,1 минуты. По машинному времени технолог оценивает трудоёмкость и цену детали.

Крутящий момент на шпинделе — M = 9 550 × Pc / n, Н·м, где Pc — мощность в кВт. Он важен на малых оборотах: при обработке заготовки большого диаметра станку может не хватить момента, хотя мощности по паспорту хватает.

Стойкость инструмента и скорость резания

Стойкость — время работы режущей кромки до замены или переточки. Скорость резания влияет на неё сильнее всех других параметров режима: для твердосплавного инструмента связь близка к степенной, V × T^0,2 = const. Отсюда практическое правило: если поднять скорость на 15 %, стойкость кромки упадёт примерно вдвое. Подача и глубина влияют на износ намного слабее — поэтому производительность поднимают сначала подачей и глубиной.

Справочные скорости, в том числе в этом калькуляторе, обычно рассчитаны на стойкость 15–45 минут для твердосплавных пластин и около часа для быстрорежущего инструмента. Рекомендованную скорость для конкретной марки пластины или фрезы производитель указывает в каталоге инструмента — её и берут как исходную для своей детали.

Режимы резания при токарной обработке

Скорость резания при точении зависит от материала заготовки и инструмента, подача — от вида обработки. В таблице — диапазоны скорости, которые использует калькулятор, и подачи для наружного точения. На растачивании подачу берут на треть меньше: расточной резец длиннее и менее жёсткий.

Как читать таблицу: заготовку из стали 45 диаметром 80 мм черновым проходом твёрдосплавным резцом точат на скорости около 150 м/мин — это 1000 × 150 / (3,14 × 80) ≈ 600 об/мин — с подачей 0,3–0,5 мм/об. Чистовой проход делают быстрее, около 180 м/мин, с подачей 0,1 мм/об и глубиной 0,3–0,5 мм.

Подача на чистовом проходе определяет шероховатость: высота гребешков, которые оставляет резец, пропорциональна квадрату подачи и обратно пропорциональна радиусу при вершине пластины. С радиусом 0,8 мм подача 0,1 мм/об на практике даёт шероховатость около Ra 0,8–1,6, а вдвое большая подача 0,2 мм/об — около Ra 1,6–3,2.

Режимы резания при фрезеровании

У фрезы подачу задают на один зуб: каждый зуб срезает стружку своей толщины. Подача на зуб растёт с диаметром фрезы — тонкая фреза гнётся и ломается, если нагрузить её как толстую. Скорость резания у фрезы та же, что у резца того же материала, а обороты из-за малого диаметра получаются намного выше: фреза Ø10 мм по стали 45 при 150 м/мин вращается с частотой около 4 800 об/мин.

На чистовом фрезеровании подачу на зуб уменьшают примерно на 40 %. Если фреза врезается на малую ширину — меньше трети диаметра, — стружка получается тоньше расчётной, и подачу на зуб можно поднять: иначе зуб не режет, а трётся и греется.

Режимы резания при сверлении

Скорость резания при сверлении ниже, чем при точении того же металла: кромка сверла работает в закрытом отверстии, стружка и тепло отводятся хуже. Подача растёт с диаметром сверла, примерно 0,01–0,02 мм на оборот на каждый миллиметр диаметра.

Глубокое отверстие — глубже трёх-четырёх диаметров — сверлят с выводом сверла для удаления стружки и снижают подачу на 20–30 %. Для отверстий под резьбу диаметр сверла подбирают отдельно — по калькулятору отверстия под резьбу.

Признаки неправильно выбранных режимов резания

• Цвет стружки. При обработке стали твёрдым сплавом стружка от серебристой до соломенной — режим в норме. Синяя и фиолетовая стружка значит, что кромка перегрета: скорость завышена или не хватает охлаждения. Исключение — сухое скоростное точение пластинами с покрытием, где синяя стружка допустима.
• Вибрация. Звенящий звук и волнистая поверхность получаются от большого вылета резца или фрезы, нежёсткого крепления заготовки или от оборотов, попавших в резонанс. Уменьшают вылет и меняют обороты на 10–15 %.
• Нарост на кромке. Налипший металл на резце при обработке алюминия и мягкой стали появляется от слишком низкой скорости. Скорость поднимают, кромку берут острую, полированную.
• Длинная вьющаяся стружка наматывается на заготовку и инструмент. Подачу увеличивают или берут пластину со стружколомом под этот диапазон подач.
• Быстрый износ или скол инструмента. Равномерный износ задней поверхности — признак завышенной скорости, сколы кромки — завышенной подачи или ударной нагрузки.

Режимы резания на станках с ЧПУ

На токарном станке с ЧПУ скорость резания задают не оборотами, а напрямую — режимом постоянной скорости резания (код G96 в большинстве систем ЧПУ). Станок сам меняет обороты, когда резец идёт к меньшему диаметру, и скорость на кромке остаётся той, что указана в программе. Чтобы на подрезке торца шпиндель не разогнался до предела у самой оси, в программе задают ограничение наибольших оборотов. Подачу на токарном станке задают в мм/об, на фрезерном — в мм/мин: её считают по формуле vf = fz × z × n, как в калькуляторе.

Режимы из таблиц и калькулятора — стартовые значения для первой детали. На серийной работе режим доводят по стойкости инструмента и времени цикла: на станке с ЧПУ лишняя минута на каждой из тысячи деталей стоит больше, чем пачка пластин.

Механическая обработка в технопарке

В цехе технопарка ЗЭМ режимы резания назначает технолог при подготовке программы для каждой детали. Тела вращения из прутка обрабатывают на токарных автоматах с ЧПУ с устройствами подачи прутка, литые детали сложной формы — на токарно-фрезерном центре, диаметр до 350 мм. Корпусные детали фрезеруют на 4-осевых горизонтальных центрах — заготовки до 800 кг в рабочей зоне 870 × 710 × 660 мм — и на 3-осевых вертикальных центрах, с точностью до 7-го квалитета. Подробнее — на страницах «Токарная обработка металла на заказ», «Фрезерная обработка металла на заказ» и «Расточные и сверлильные работы».