Таблица скорости подачи фрезы на ЧПУ: формулы и расчёты

[locolizator]

Скорость подачи — один из ключевых параметров при фрезеровании на станках с ЧПУ. От неё зависит качество обработки, долговечность инструмента и производительность оборудования. Если выставить подачу неправильно, фреза либо затупится раньше времени, либо останется некачественный результат.

В этой статье разберёмся, как рассчитывается скорость подачи, какие формулы использовать, и покажем практические таблицы значений для разных материалов и инструментов.

Что такое скорость подачи и почему это важно

Скорость подачи (обозначается как S или Vf) — это скорость, с которой режущий инструмент перемещается во время работы. Измеряется в миллиметрах в минуту (мм/мин). Это не то же самое, что скорость вращения шпинделя: подача отвечает за горизонтальное и вертикальное движение инструмента относительно заготовки.

Почему это критично? Правильная подача обеспечивает оптимальную нагрузку на режущую кромку. Если подача слишком мала, фреза будет работать вхолостую и перегреваться. Если подача слишком велика, произойдёт перегрузка инструмента — он может сломаться или затупиться за несколько проходов. Кроме того, неверная подача влияет на качество поверхности обработанной детали: она может быть рыхлой, с задирами или следами вибрации.

Практически все параметры фрезерования взаимосвязаны, поэтому важно понимать, как они рассчитываются и как их согласовывать между собой.

Основные формулы для расчёта подачи

Все расчёты режимов резания строятся на нескольких базовых формулах. Они просты, но требуют внимания к деталям при подстановке значений.

Первая и самая важная формула — расчёт минутной подачи (общей скорости движения стола):

S = fz × z × n

Где:

• S — скорость подачи (мм/мин),
• fz — подача на зуб фрезы (мм/зуб),
• z — количество зубьев на фрезе (шт.),
• n — частота вращения шпинделя (об/мин).

Эта формула показывает: чтобы найти скорость подачи, нужно взять подачу на один зуб, умножить её на количество зубьев и на число оборотов. Логика проста — за каждый оборот шпинделя в обработке участвуют все зубья фрезы.

Вторая формула — расчёт частоты вращения на основе скорости резания:

n = (Vc × 1000) / (π × D)

Где:

• n — обороты шпинделя (об/мин),
• Vc — скорость резания (м/мин),
• D — диаметр фрезы (мм),
• π — число Пи (3,14).

Третья формула — обратная, для расчёта скорости резания:

Vc = (π × D × n) / 1000

Эта формула часто используется, чтобы проверить, на какую скорость резания вы настраиваетесь при заданных оборотах и диаметре инструмента.

Все эти формулы работают вместе: вы выбираете материал, определяете нужную скорость резания, считаете обороты, затем берёте подачу на зуб из таблицы и получаете минутную подачу.

Подача на зуб: таблица значений

Подача на зуб (fz) — самый важный параметр, который берётся из справочных таблиц в зависимости от материала заготовки, типа фрезы и условий обработки.

Вот практическая таблица подачи на зуб для разных материалов при работе с твердосплавными фрезами:

Материал	Скорость резания, м/мин	Подача на зуб (мм)
Сталь мягкая	60–80	0,05–0,1
Сталь средняя	50–70	0,04–0,08
Сталь высокопрочная	40–60	0,03–0,06
Чугун	30–50	0,03–0,05
Алюминий	120–160	0,08–0,15
Титан	20–30	0,005–0,04
Латунь	100–140	0,05–0,1

Имейте в виду: эти значения — рекомендованные начальные точки. На практике подачу подбирают, ориентируясь на жёсткость станка и состояние инструмента. Если станок имеет высокую жёсткость и качественную механику, можно использовать верхние значения таблицы. Если станок старый или не очень жёсткий, берите нижние значения.

Дополнительные факторы при выборе подачи:

• Тип операции: при черновой обработке подача может быть выше, чем при чистовой,
• Глубина резания: при глубоких проходах подачу часто снижают на 20–30%,
• Состояние фрезы: затупившийся инструмент требует снижения подачи,
• Охлаждение: при наличии качественной системы охлаждения подачу можно немного повысить.

Практические примеры расчёта

Рассмотрим конкретный пример, чтобы всё стало понятнее.

Задача 1: Нужно обработать деталь из стали диаметром 10 мм твёрдосплавной фрезой с тремя зубьями. Скорость резания для этой стали — 300 м/мин. Какой установить подачу?

Решение:

1. Считаем обороты: n = (300 × 1000) / (3,14 × 10) = 9549 об/мин.
2. Берём подачу на зуб из таблицы: для стали это примерно 0,15 мм/зуб.
3. Считаем минутную подачу: S = 0,15 × 3 × 9549 = 4297 мм/мин.

Итого: шпиндель 9549 об/мин, подача стола 4297 мм/мин.

Задача 2: Используется четырёхзубая фреза диаметром 8 мм при 24000 об/мин для обработки дерева. Требуется определить оптимальную подачу.

Решение:

1. Для дерева рекомендуемая подача на зуб — около 0,15–0,25 мм (в зависимости от твёрдости дерева).
2. Возьмём усреднённое значение 0,2 мм.
3. S = 0,2 × 4 × 24000 = 19200 мм/мин.
4. Это очень высокое значение; на практике для надёжности её снижают. Для станков на базе шагового двигателя и винтовой передачи (ШВП) максимальная рекомендуемая подача — 4500–5000 мм/мин, для реечной передачи — до 13000 мм/мин.

Эти примеры показывают, что расчётная подача — это не догма, а стартовая точка. На реальном станке её приходится корректировать.

Таблица режимов для типовых ситуаций

Для ускорения работы приводим готовую таблицу режимов при фрезеровании твёрдых сплавов:

Подача на зуб, мм	Обороты, об/мин	Подача при 2 зубьях	Подача при 3 зубьях	Подача при 4 зубьях
0,5	18000	121 мм/мин	182 мм/мин	344 мм/мин
0,5	21000	142 мм/мин	212 мм/мин	402 мм/мин
0,5	24000	202 мм/мин	320 мм/мин	605 мм/мин
0,8	18000	182 мм/мин	344 мм/мин	488 мм/мин
0,8	21000	212 мм/мин	402 мм/мин	570 мм/мин
0,8	24000	320 мм/мин	605 мм/мин	857 мм/мин

Эта таблица удобна тем, что в ней уже учтены все взаимосвязи. Вы просто находите нужную строку по оборотам и подаче на зуб, затем смотрите минутную подачу для вашего количества зубьев.

На что ещё обратить внимание при подборе режимов

Помимо основных формул, есть нюансы, которые часто упускают новички.

Скорость врезания по оси Z (глубина вхождения инструмента в материал) должна составлять примерно 1/3 — 1/5 от горизонтальной подачи. Если горизонтальная подача 4000 мм/мин, то вертикальная должна быть примерно 800–1300 мм/мин. Это предотвращает чрезмерную нагрузку при входе инструмента в материал.

Черновая и чистовая обработка требуют разных подач. При черновой обработке (когда уже снят материал) подачу можно даже увеличить в 1,5–2 раза по сравнению с расчётной, чтобы ускорить процесс и продлить срок службы фрезы. При чистовой обработке подачу, напротив, снижают на 20–30%, чтобы получить качественную поверхность.

Ограничения станка иногда важнее, чем расчёты. Например, на станках со шнековой передачей (ШВП) максимальная надёжная подача обычно не превышает 4500 мм/мин, а на станках с реечной передачей и шаговым двигателем — до 13000 мм/мин. Превышение этих значений грозит потерей позиции и браком детали.

Охлаждение влияет на долговечность инструмента и качество обработки. При наличии системы охлаждения (СОЖ) подачу можно немного повысить; без охлаждения её нужно снизить на 10–20%.

Как правильно применять таблицы на практике

Теория — это хорошо, но как применять эти знания в реальной работе?

Вот пошаговый алгоритм:

1. Определите материал заготовки и выберите скорость резания из справочника для этого материала и типа инструмента.
2. Рассчитайте обороты шпинделя по формуле n = (Vc × 1000) / (π × D), где D — диаметр фрезы.
3. Выберите подачу на зуб из таблицы, ориентируясь на материал, тип операции (чёрновая или чистовая) и состояние вашего станка.
4. Рассчитайте минутную подачу по формуле S = fz × z × n.
5. Проверьте ограничения станка: если полученная подача превышает максимально возможную для вашего оборудования, снизьте её.
6. Проведите тестовый проход на небольшом участке, слушайте звук и наблюдайте за стружкой. Если что-то не так (визг, чрезмерный нагрев, толстая спутанная стружка), отрегулируйте режимы.

Практический совет: если вы в сомнениях, лучше начать с подачи, сниженной на 20% от расчётной. Потом, при необходимости, постепенно её увеличивать. Наоборот — увеличивать слишком быстро — опасно.

Когда нужно менять режимы во время работы

Даже если вы правильно выставили режимы в начале, в процессе работы могут возникнуть причины для корректировки.

Сигналы, что нужно снизить подачу:

• Высокая температура инструмента или заготовки,
• Ломкая стружка, которая повреждает поверхность,
• Вибрация или дребезжание инструмента,
• Появление следов износа на режущей кромке,
• Запах гари при работе.

Сигналы, что можно повысить подачу:

• Стружка длинная, ленточная, выходит легко,
• Поверхность получается чистой, без задиров,
• Инструмент работает с лёгким натягом, слышится типичный звук резания,
• Нет вибрации и перегрева.

Особенности расчётов для разных типов фрез

Разные фрезы требуют небольших поправок в расчётах.

Двухзубые фрезы (например, концевые) имеют меньшее число зубьев, поэтому нагрузка на каждый зуб выше. Подачу на зуб для них берут меньше, чем для четырёхзубых, примерно на 20–30%.

Трёхзубые фрезы — универсальный выбор, оптимальный баланс между производительностью и нагрузкой на зубья.

Четырёхзубые фрезы позволяют использовать большую подачу благодаря большому числу зубьев. Но нужно помнить, что при обработке дерева четырёхперьевая 3D-фреза работает неравномерно: в центре участвуют только 2 ножа, а остальные 2 работают частично. Поэтому для неё подачу не увеличивают в два раза, как можно было бы ожидать.

Фасочные и дисковые фрезы расчитываются по тем же формулам, но с поправкой на эффективный диаметр, который часто меньше геометрического.

Влияние материала инструмента на режимы

Материал фрезы существенно влияет на допустимые режимы.

Твёрдосплавные фрезы (из победита) — самые популярные. Они выдерживают высокие скорости резания (100–300 м/мин в зависимости от материала заготовки) и обеспечивают долгий срок службы.

Фрезы из быстрорежущей стали (HSS) значительно дешевле, но допускают более низкие скорости резания (в 2–3 раза ниже). Их используют на старых станках с люфтами и вибрацией.

Керамические и покрытые фрезы позволяют ещё выше поднять скорость резания, но требуют очень жёсткой наладки станка и хорошего охлаждения.

При выборе подачи на зуб всегда уточняйте, для какого материала инструмента рекомендуется значение в таблице.

Практические рекомендации по увеличению производительности

Если нужно ускорить обработку без риска сломать инструмент, вот несколько проверенных способов.

Используйте больше зубьев: фреза с четырьмя зубьями позволяет пропорционально увеличить подачу по сравнению с двухзубой при тех же оборотах. Однако имейте в виду: это работает только при высокой жёсткости станка.

Проводите черновую и чистовую обработку отдельно: на черновой операции используйте более агрессивные режимы (высокая подача, большая глубина), на чистовой — мягкие режимы для получения качественной поверхности. Итоговое время часто оказывается меньше, чем при одном универсальном проходе.

Повышайте скорость резания постепенно: если есть сомнения, начните с 70–80% от расчётной, потом поднимайте. Риск поломки фрезы при таком подходе минимален.

Следите за охлаждением: качественная система подачи СОЖ позволяет повысить подачу на 10–15% и значительно продлить жизнь инструмента.

Редко учитываемые факторы, влияющие на подачу

Помимо основных параметров, есть «тихие убийцы» производительности, которые часто упускают.

Люфты в направляющих и винтовых передачах приводят к неточности и перегрузкам. На изношенном станке нельзя использовать расчётные режимы; подачу нужно снизить на 30–50%.

Качество заточки фрезы — принципиально важно. Даже небольшой радиус на режущей кромке (от переточки или износа) резко снижает допустимую подачу.

Вылет инструмента влияет на его жёсткость. Длинные вылеты требуют снижения подачи. Правило: чем длиннее вылет, тем ниже подача.

Вибрация в системе станок–инструмент–заготовка видна по поверхности обработанной детали (волны, чёрточки). Это сигнал к снижению подачи или оборотов.

Микротрещины в инструменте не видны на глаз, но проявляются при нормальной подаче внезапной поломкой. Если фреза сломалась неожиданно, причина может быть в микродефекте.

Практические ошибки и как их избежать

Первая и самая частая ошибка — подбирать подачу только по формулам, не учитывая возможности конкретного станка. Расчётная подача — это потолок, а не требование.

Вторая ошибка — менять подачу и обороты одновременно. Если что-то пошло не так, меняйте сначала только одно значение и наблюдайте результат.

Третья ошибка — использовать одни и те же режимы для чёрновой и чистовой обработки. Это приводит либо к потере времени (если режимы чистовые), либо к браку (если режимы чёрновые).

Четвёртая ошибка — игнорировать звук и вибрацию при работе. Уши и осязание иногда говорят правду раньше, чем это проявится на результате.

Пятая ошибка — экономить на инструменте. Дешёвая или затупившаяся фреза требует более щадящих режимов, что в итоге замедляет работу.

Корректировка режимов на лету

В реальных условиях режимы часто требуют коррекции по ходу работы. Вот как это делать безопасно.

Если обнаружили проблему, сначала остановите шпиндель и выньте инструмент. Затем:

• Снизьте подачу на 10–20%, если слышны визги, видны перегрев или толстая ломкая стружка,
• Снизьте обороты шпинделя на 10–15%, если инструмент вибрирует или затягивает заготовку,
• Увеличьте подачу на 10–15%, если инструмент легко режет и стружка выходит идеально.

Основной принцип: маленькие шаги. Лучше несколько раз подрегулировать на +10%, чем сразу скачком поднять на +50% и получить поломку.

Мониторинг состояния инструмента

Даже при правильных режимах инструмент изнашивается. Как заметить, что нужна переточка?

Визуальные признаки износа:

• На боковой поверхности фрезы образуется блестящая полоса (контакт с материалом),
• На режущей кромке появляется выкрашивание (мелкие чёрные точки),
• Цвет режущей кромки становится светлым (синеет от перегрева).

Признаки, которые видны по результату обработки:

• Поверхность становится матовой, появляются царапины,
• Увеличивается припуск на чистовую обработку,
• Стружка становится мелкой и ломкой,
• Температура инструмента резко растёт даже при неизменных режимах.

Если заметили эти признаки, пора переточить фрезу или заменить на новую. Работа притупившимся инструментом опаснее всего: требует повышенных режимов, быстро ломается и часто портит деталь.

Итоговый алгоритм выбора режимов

Подведём всё вместе в один простой алгоритм, которым можно пользоваться каждый день.

1. Определите материал, диаметр и тип фрезы.
2. Найдите в справочнике скорость резания для этого материала.
3. Рассчитайте обороты: n = (Vc × 1000) / (π × D).
4. Установите обороты на станке, близкие к расчётным.
5. Выберите подачу на зуб из таблицы (для вашего материала и типа операции).
6. Рассчитайте подачу: S = fz × z × n.
7. Проверьте, что подача не превышает ограничения вашего станка.
8. Установите подачу на 20% ниже расчётной.
9. Проведите тестовый проход на черновике или на краю детали.
10. По результату (звук, температура, качество поверхности) корректируйте подачу и обороты.

Этот алгоритм не требует опыта — только внимательности и готовности к мелким корректировкам.

Непрерывное совершенствование и документирование

Если вы работаете с одинаковыми деталями регулярно, имеет смысл документировать удачные режимы. Создайте собственную справку: какие режимы работают лучше всего именно на вашем оборудовании, какие детали какие требуют.

Эта информация уникальна для каждого станка и мастера. Печатайте, вешайте рядом со станком, обновляйте по опыту. Через несколько месяцев у вас будет свой набор оптимальных режимов, который работает лучше любого справочника.

Кроме того, обращайте внимание на мелочи: при какой подаче стружка выходит идеальной ленточкой, при каких оборотах звук режущего инструмента приятный и стабильный, при каких режимах припуск на чистовку минимальный. Эти наблюдения помогут вам лучше чувствовать станок и фрезу.