Калькулятор частоти обертання шпинделя

Калькулятор частоти обертання шпинделя визначає швидкість обертання, у обертах за хвилину (об/хв), з якою має працювати шпиндель верстата за заданих швидкості різання та діаметра інструмента. Верстатники використовують його для налаштування фрезерних, токарних, свердлильних верстатів і верстатів із ЧПК перед обробленням.

Що таке частота обертання шпинделя?

Частота обертання шпинделя — це швидкість його обертання, вимірювана в обертах за хвилину (об/хв). Шпиндель — це обертовий вал, який утримує різальний інструмент (під час фрезерування та свердління) або заготовку (під час точіння). Надто висока або надто низька частота обертання може швидко зносити інструмент, обпалювати матеріал або залишати шорстку поверхню.

Правильна частота обертання шпинделя залежить від двох чинників: швидкості переміщення різальної крайки крізь матеріал (швидкості різання) та ширини інструмента або заготовки (діаметра).

Формула частоти обертання шпинделя

$\text{Частота обертання шпинделя (об/хв)} = \frac{\text{Швидкість різання} \times 1000}{\pi \times \text{Діаметр інструмента}}$

• Швидкість різання — це швидкість різальної крайки відносно матеріалу, у метрах за хвилину (м/хв). Вона залежить від матеріалу, який обробляють, і матеріалу інструмента.
• Діаметр інструмента — це діаметр різального інструмента в міліметрах (мм). Під час точіння замість нього використовують діаметр заготовки.
• Множник 1000 переводить метри в міліметри, щоб одиниці вимірювання збігалися.
• π (пі) приблизно дорівнює 3,14159. Це число з’являється тому, що крайка інструмента за один оберт описує коло, а довжина цього кола дорівнює π, помноженому на діаметр.

Ширший інструмент проходить більшу відстань за один оберт, тому для досягнення тієї самої швидкості різання йому потрібно менше обертів за хвилину. Вужчому інструменту потрібно більше обертів за хвилину.

Як обчислити частоту обертання шпинделя

1. Знайдіть рекомендовану швидкість різання для матеріалу та інструмента, що використовуються, у м/хв. Постачальники інструментів і матеріалів публікують ці показники.
2. Виміряйте діаметр інструмента (або діаметр заготовки під час точіння) у мм.
3. Помножте швидкість різання на 1000.
4. Помножте діаметр інструмента на π (приблизно 3,14159).
5. Поділіть перший результат на другий. Отримане значення є частотою обертання шпинделя в об/хв.

Приклад обчислення

Верстатник фрезерує низьковуглецеву сталь твердосплавною кінцевою фрезою діаметром 10 мм. Рекомендована швидкість різання для низьковуглецевої сталі становить приблизно 25 м/хв.

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

Верстатник установлює частоту обертання шпинделя приблизно на рівні 796 об/хв.

Типові частоти обертання шпинделя для різних матеріалів

Ці значення наведено для інструмента діаметром 10 мм і поширених швидкостей різання для інструментів із швидкорізальної сталі або твердого сплаву. Це початкові орієнтири, а не фіксовані правила, оскільки точні значення залежать від інструмента та верстата.

М’якші метали з вищою теплопровідністю, як-от алюміній, допускають значно вищі швидкості різання, ніж твердіші або чутливіші до нагрівання метали, як-от титан.

Чому діаметр інструмента має значення

Діаметр і частота обертання шпинделя пов’язані обернено пропорційно. Якщо діаметр інструмента подвоюється, потрібна частота обертання зменшується вдвічі, оскільки крайка більшого інструмента вже проходить удвічі більшу відстань за один оберт. Тому мале свердло обертається набагато швидше за велике, якщо вони обробляють той самий матеріал з однаковою швидкістю різання.

Точіння порівняно з фрезеруванням і свердлінням

Під час фрезерування та свердління в формулі використовують діаметр обертового різального інструмента. Під час точіння обертається заготовка, а не інструмент, тому використовують діаметр заготовки. Оскільки в міру знімання матеріалу заготовка часто стає вужчою, деякі токарні верстати використовують регулювання сталої окружної швидкості, автоматично підвищуючи частоту обертання зі зменшенням діаметра й підтримуючи сталу швидкість різання.

Регулювання обчисленої частоти обертання

Формула дає початкове значення. Верстатники часто коригують його з таких причин:

• Стан інструмента. Зношений або затуплений інструмент може потребувати нижчої частоти обертання.
• Жорсткість верстата. Менш жорсткий верстат або менш жорстке встановлення можуть спричиняти вібрації за обчисленої частоти обертання, тому потрібне нижче значення.
• Охолодження. Сухе різання часто потребує нижчої частоти обертання, ніж різання з охолоджувальною рідиною.
• Доступні частоти обертання. Старі верстати з пасовими шківами мають лише кілька фіксованих частот обертання, тому верстатник обирає найближчу частоту, що дорівнює обчисленому значенню або є нижчою за нього.

Надто висока частота обертання шпинделя зазвичай призводить до зношення або поломки інструмента й може обпалити заготовку. Надто низька частота утворює довгу звивисту стружку та погіршує якість поверхні, оскільки інструмент не ріже чисто, а треться об матеріал.

Поширені запитання

Що таке частота обертання шпинделя під час механічного оброблення? Частота обертання шпинделя — це швидкість обертання шпинделя верстата, у обертах за хвилину (об/хв). Вона визначає, з якою швидкістю обертаються різальний інструмент або заготовка під час різання.

Як обчислити частоту обертання шпинделя? Помножте швидкість різання (у м/хв) на 1000, а потім поділіть результат на π, помножене на діаметр інструмента (у мм). Результат — частота обертання шпинделя в об/хв.

Чому діаметр інструмента змінює частоту обертання шпинделя? Інструмент більшого діаметра проходить більшу відстань за один оберт. Щоб зберегти ту саму швидкість різання на крайці, він має обертатися повільніше, ніж інструмент меншого діаметра.

Що станеться, якщо частоту обертання шпинделя встановити надто високою або надто низькою? Надто висока частота спричиняє швидке зношення та поломку інструмента, а також обпалення або зміну кольору заготовки. Надто низька частота призводить до неправильного утворення стружки, шорсткої поверхні та повільнішого різання.

Чи працює та сама формула для точіння, фрезерування та свердління? Так. Для всіх трьох процесів формула однакова. Під час фрезерування та свердління діаметром є діаметр різального інструмента. Під час точіння це діаметр заготовки в місці різання.

Чи можна використовувати фути за хвилину замість метрів за хвилину? Наведена вище формула використовує метри за хвилину. Щоб перевести фути за хвилину в метри за хвилину, помножте значення на 0,3048.