Калкулатор за оборотите на шпиндела

Калкулаторът за обороти на шпиндела определя скоростта на въртене, изразена в обороти в минута (об/мин), с която трябва да работи шпинделът на металообработваща машина при зададени скорост на рязане и диаметър на инструмента. Машинистите го използват за настройване на фрези, стругове, бормашини и машини с ЦПУ преди рязане.

Какво представляват оборотите на шпиндела?

Оборотите на шпиндела показват колко бързо се върти шпинделът и се измерват в об/мин. Шпинделът е въртящият се вал, който държи режещия инструмент (при фрезоване и пробиване) или обработвания детайл (при струговане). Работата с прекалено високи или прекалено ниски обороти може бързо да износи инструмента, да изгори материала или да остави грапава повърхност.

Подходящите обороти на шпиндела зависят от две неща: колко бързо трябва да се движи режещият ръб през материала (скоростта на рязане) и колко широки са инструментът или детайлът (диаметърът).

Формула за оборотите на шпиндела

$\text{Обороти на шпиндела (об/мин)} = \frac{\text{Скорост на рязане} \times 1000}{\pi \times \text{Диаметър на инструмента}}$

• Скоростта на рязане е скоростта на режещия ръб спрямо материала, изразена в метри в минута (m/min). Тя зависи от обработвания материал и материала на инструмента.
• Диаметърът на инструмента е диаметърът на режещия инструмент в милиметри (mm). При струговане вместо това се използва диаметърът на детайла.
• Множителят 1000 преобразува метрите в милиметри, за да съвпаднат мерните единици.
• π (пи) е приблизително 3,14159. Той се появява, защото ръбът на инструмента описва окръжност веднъж за всеки оборот, а обиколката на тази окръжност е равна на π, умножено по диаметъра.

По-широкият инструмент изминава по-голямо разстояние за един оборот, затова са му необходими по-малко обороти в минута, за да достигне същата скорост на рязане. По-тесният инструмент се нуждае от повече обороти в минута.

Как се изчисляват оборотите на шпиндела

1. Намерете препоръчителната скорост на рязане за използваните материал и инструмент, изразена в m/min. Доставчиците на инструменти и материали публикуват тези стойности.
2. Измерете диаметъра на инструмента (или диаметъра на детайла при струговане) в mm.
3. Умножете скоростта на рязане по 1000.
4. Умножете диаметъра на инструмента по π (приблизително 3,14159).
5. Разделете първия резултат на втория. Полученият резултат е скоростта на шпиндела в об/мин.

Пример с решение

Машинист фрезова нисковъглеродна стомана с твърдосплавна челна фреза с диаметър 10 mm. Препоръчителната скорост на рязане за нисковъглеродна стомана е приблизително 25 m/min.

$\text{RPM} = \frac{25 \times 1000}{\pi \times 10} = \frac{25{,}000}{31.42} \approx 795.8 \text{ RPM}$

Машинистът настройва шпиндела на приблизително 796 об/мин.

Типични обороти на шпиндела според материала

Тези стойности са изчислени за инструмент с диаметър 10 mm и обичайни скорости на рязане за инструменти от бързорежеща стомана или твърдосплавни инструменти. Те са начални ориентири, а не фиксирани правила, тъй като точните стойности зависят от инструмента и машината.

По-меките и по-топлопроводими метали, като алуминия, позволяват много по-високи скорости на рязане от по-твърдите или чувствителни към топлина метали, като титана.

Защо диаметърът на инструмента е важен

Диаметърът и оборотите на шпиндела са обратно пропорционални. Ако диаметърът на инструмента се удвои, необходимите об/мин се намаляват наполовина, защото ръбът на по-големия инструмент изминава двойно по-голямо разстояние за един оборот. Затова малкото свредло се върти много по-бързо от голямото, за да реже същия материал при същата скорост на рязане.

Струговане спрямо фрезоване и пробиване

При фрезоване и пробиване диаметърът във формулата е диаметърът на въртящия се режещ инструмент. При струговане вместо инструмента се върти детайлът, затова се използва диаметърът на детайла. Тъй като детайлът често става по-тесен с отнемането на материала, някои стругове използват управление с постоянна периферна скорост, което автоматично увеличава оборотите при намаляване на диаметъра и поддържа постоянна скорост на рязане.

Регулиране на изчислените обороти

Формулата дава начална стойност. Машинистите често я коригират поради следните причини:

• Състояние на инструмента. Износен или затъпен инструмент може да изисква по-ниски обороти.
• Коравина на машината. Машина или закрепване с по-малка коравина може да вибрира при изчислената честота на въртене и да изисква по-ниска честота на въртене.
• Охлаждане. При сухо рязане често са необходими по-ниски обороти, отколкото при рязане с охлаждаща течност.
• Налични обороти. По-старите машини с ремъчно задвижвани шайби предлагат само няколко фиксирани скорости, затова машинистът избира най-близката скорост, която е равна на или по-ниска от изчислената стойност.

Работата с прекалено високи обороти на шпиндела обикновено износва или поврежда инструмента и може да обгори детайла. При прекалено ниски обороти се образуват дълги нишковидни стружки и повърхността се получава с лошо качество, тъй като инструментът трие, вместо да реже чисто.

Често задавани въпроси

Какво представляват оборотите на шпиндела при обработване? Оборотите на шпиндела са скоростта на въртене на шпиндела на металообработваща машина, изразена в об/мин. Те определят колко бързо се върти режещият инструмент или детайлът по време на рязане.

Как се изчисляват оборотите на шпиндела? Умножете скоростта на рязане (в m/min) по 1000, след което разделете на π, умножено по диаметъра на инструмента (в mm). Резултатът е скоростта на шпиндела в об/мин.

Защо диаметърът на инструмента променя оборотите на шпиндела? Инструментът с по-голям диаметър изминава по-голямо разстояние за един оборот. За да се запази същата скорост на рязане при ръба, той трябва да се върти по-бавно от инструмент с по-малък диаметър.

Какво се случва, ако оборотите на шпиндела са зададени прекалено високи или ниски? Прекалено високите обороти причиняват бързо износване и счупване на инструмента, както и обгорен или обезцветен детайл. Прекалено ниските обороти водят до лошо образуване на стружки, грапава повърхност и по-бавно рязане.

Една и съща формула ли се използва при струговане, фрезоване и пробиване? Да. Формулата е една и съща и за трите операции. При фрезоване и пробиване диаметърът е диаметърът на режещия инструмент. При струговане това е диаметърът на детайла в зоната на рязане.

Мога ли да използвам футове в минута вместо метри в минута? Формулата по-горе използва метри в минута. За да преобразувате футове в минута в метри в минута, умножете по 0,3048.