Kalkulator prędkości obrotowej wrzeciona

Kalkulator prędkości obrotowej wrzeciona wyznacza prędkość obrotową, w obrotach na minutę (RPM), z jaką powinno pracować wrzeciono obrabiarki dla danej prędkości skrawania i średnicy narzędzia. Operatorzy obrabiarek używają go do ustawiania frezarek, tokarek, wiertarek stołowych i obrabiarek CNC przed rozpoczęciem skrawania.

Czym jest prędkość obrotowa wrzeciona?

Prędkość obrotowa wrzeciona określa, jak szybko obraca się wrzeciono, i jest mierzona w RPM. Wrzeciono to obracający się wał, który utrzymuje narzędzie skrawające (we frezowaniu i wierceniu) albo przedmiot obrabiany (w toczeniu). Zbyt szybka lub zbyt wolna praca wrzeciona może szybko zużyć narzędzie, przypalić materiał lub pozostawić chropowatą powierzchnię.

Właściwa prędkość obrotowa wrzeciona zależy od dwóch czynników: od tego, jak szybko krawędź skrawająca powinna przesuwać się w materiale (prędkość skrawania), oraz od szerokości narzędzia lub przedmiotu obrabianego (średnicy).

Wzór na prędkość obrotową wrzeciona

$\text{Prędkość obrotowa wrzeciona (RPM)} = \frac{\text{Prędkość skrawania} \times 1000}{\pi \times \text{Średnica narzędzia}}$

• Prędkość skrawania to prędkość krawędzi skrawającej względem materiału, wyrażana w metrach na minutę (m/min). Zależy od obrabianego materiału i materiału narzędzia.
• Średnica narzędzia to średnica narzędzia skrawającego w milimetrach (mm). W toczeniu jest to średnica przedmiotu obrabianego.
• Współczynnik 1000 przelicza metry na milimetry, aby jednostki były zgodne.
• π (pi) wynosi w przybliżeniu 3,14159. Występuje w tym wzorze, ponieważ krawędź narzędzia zatacza okrąg podczas każdego obrotu, a obwód tego okręgu jest równy π pomnożonemu przez średnicę.

Szersze narzędzie pokonuje podczas jednego obrotu większą odległość, dlatego do osiągnięcia tej samej prędkości skrawania potrzebuje mniejszej liczby obrotów na minutę. Węższe narzędzie wymaga większej liczby obrotów na minutę.

Jak obliczyć prędkość obrotową wrzeciona

1. Znajdź zalecaną prędkość skrawania dla używanego materiału i narzędzia, wyrażoną w m/min. Dostawcy narzędzi i materiałów publikują te wartości.
2. Zmierz średnicę narzędzia (lub średnicę przedmiotu obrabianego w toczeniu) w mm.
3. Pomnóż prędkość skrawania przez 1000.
4. Pomnóż średnicę narzędzia przez π (około 3,14159).
5. Podziel pierwszy wynik przez drugi. Otrzymany wynik to prędkość obrotowa wrzeciona w RPM.

Przykład obliczeniowy

Operator obrabiarki frezuje stal niskowęglową frezem trzpieniowym z węglika spiekanego o średnicy 10 mm. Zalecana prędkość skrawania dla stali niskowęglowej wynosi około 25 m/min.

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

Operator ustawia prędkość obrotową wrzeciona na około 796 RPM.

Typowe prędkości obrotowe wrzeciona dla różnych materiałów

Wartości te dotyczą narzędzia o średnicy 10 mm oraz typowych prędkości skrawania dla narzędzi ze stali szybkotnącej lub węglika spiekanego. Są to wartości wyjściowe, a nie sztywne reguły, ponieważ dokładne wartości zależą od narzędzia i obrabiarki.

Metale bardziej miękkie i lepiej przewodzące ciepło, takie jak aluminium, tolerują znacznie większe prędkości skrawania niż metale twardsze lub wrażliwe na ciepło, takie jak tytan.

Dlaczego średnica narzędzia ma znaczenie

Średnica i prędkość obrotowa wrzeciona są odwrotnie proporcjonalne. Jeśli średnica narzędzia się podwoi, wymagana wartość RPM zmniejszy się o połowę, ponieważ krawędź większego narzędzia pokonuje już podczas jednego obrotu dwukrotnie większą odległość. Dlatego małe wiertło obraca się znacznie szybciej niż duże, aby skrawać ten sam materiał przy tej samej prędkości skrawania.

Toczenie a frezowanie i wiercenie

We frezowaniu i wierceniu średnica używana we wzorze jest średnicą obracającego się narzędzia skrawającego. W toczeniu obraca się przedmiot obrabiany, a nie narzędzie, dlatego używa się średnicy przedmiotu obrabianego. Ponieważ przedmiot obrabiany często staje się węższy w miarę usuwania materiału, niektóre tokarki wykorzystują sterowanie stałą prędkością powierzchniową, aby automatycznie zwiększać RPM w miarę zmniejszania się średnicy i utrzymywać stałą prędkość skrawania.

Dostosowanie obliczonej prędkości

Wzór podaje wartość wyjściową. Operatorzy obrabiarek często ją korygują z następujących powodów:

• Stan narzędzia. Zużyte lub tępe narzędzie może wymagać mniejszej prędkości.
• Sztywność obrabiarki. Mniej sztywna obrabiarka lub konfiguracja mocowania może drgać przy obliczonej prędkości i wymagać jej zmniejszenia.
• Chłodzenie. Skrawanie na sucho często wymaga mniejszej prędkości niż skrawanie z użyciem chłodziwa.
• Dostępne prędkości. Starsze obrabiarki z napędem pasowym oferują tylko kilka stałych prędkości, dlatego operator wybiera prędkość najbliższą obliczonej wartości, ale nie większą od niej.

Praca wrzeciona ze zbyt dużą prędkością sprzyja zużyciu lub złamaniu narzędzia i może przypalić przedmiot obrabiany. Zbyt mała prędkość powoduje powstawanie długich, nitkowatych wiórów i pogorszenie jakości powierzchni, ponieważ narzędzie trze zamiast prawidłowo skrawać.

Często zadawane pytania

Czym jest prędkość obrotowa wrzeciona w obróbce skrawaniem? Prędkość obrotowa wrzeciona to prędkość obrotowa wrzeciona obrabiarki, wyrażana w RPM. Określa, jak szybko podczas skrawania obraca się narzędzie skrawające lub przedmiot obrabiany.

Jak obliczyć prędkość obrotową wrzeciona? Pomnóż prędkość skrawania (w m/min) przez 1000, a następnie podziel wynik przez π pomnożone przez średnicę narzędzia (w mm). Otrzymany wynik to prędkość obrotowa wrzeciona w RPM.

Dlaczego średnica narzędzia zmienia prędkość obrotową wrzeciona? Narzędzie o większej średnicy pokonuje podczas jednego obrotu większą odległość. Aby utrzymać tę samą prędkość skrawania na krawędzi, musi obracać się wolniej niż narzędzie o mniejszej średnicy.

Co się dzieje, gdy prędkość obrotowa wrzeciona jest ustawiona zbyt wysoko lub zbyt nisko? Zbyt duża prędkość powoduje szybkie zużycie lub złamanie narzędzia oraz przypalenie albo odbarwienie przedmiotu obrabianego. Zbyt mała prędkość powoduje nieprawidłowe formowanie wiórów, chropowatą powierzchnię i wolniejsze skrawanie.

Czy ten sam wzór działa w toczeniu, frezowaniu i wierceniu? Tak. Wzór jest taki sam dla wszystkich trzech procesów. We frezowaniu i wierceniu średnica oznacza średnicę narzędzia skrawającego. W toczeniu jest to średnica przedmiotu obrabianego w miejscu skrawania.

Czy zamiast metrów na minutę mogę użyć stóp na minutę? Powyższy wzór wykorzystuje metry na minutę. Aby przeliczyć stopy na minutę na metry na minutę, pomnóż wartość przez 0,3048.