Parametry skrawania w CNC - jak liczyć Vc, fz, ap, ae (wzory + tabele)

Karta katalogowa narzędzia podaje zakres parametrów, ale w praktyce każda maszyna, mocowanie i materiał wymagają korekty. Kto zna wzory i rozumie, co oznacza każde oznaczenie, ten dobiera parametry świadomie - skraca czas obróbki, wydłuża żywotność narzędzia, eliminuje wibracje i pęknięcia. W tym artykule pokazujemy podstawowe wzory, tabele Vc dla najczęstszych materiałów, tabelę posuwów na ząb oraz wytłumaczenie, kiedy stosować strategię klasyczną, a kiedy trochoidalną.

Podstawowe parametry skrawania - definicje

W obróbce CNC posługujemy się kilkoma stałymi pojęciami. Każde ma swój skrót i jednostkę. Bez ich rozróżnienia trudno czytać karty katalogowe i ustawiać postprocesor CAM.

• Vc - prędkość skrawania, w m/min. Mówi, z jaką prędkością liniową krawędź tnąca przesuwa się względem materiału.
• n - obroty wrzeciona, w obr/min (RPM). To, co ustawia operator na sterowaniu.
• fz - posuw na ząb, w mm/ząb. Decyduje o grubości wióra i obciążeniu pojedynczej krawędzi.
• fn - posuw na obrót, w mm/obr. Stosowany przy wierceniu i toczeniu.
• vf - posuw minutowy, w mm/min. To wartość trafiająca do programu G-code (F).
• ap - głębokość skrawania osiowa (axial), w mm. Ile narzędzie zagłębia się w materiał wzdłuż osi obrotu.
• ae - głębokość skrawania promieniowa (radial), w mm. Szerokość zazębienia narzędzia w materiał.
• D - średnica narzędzia, w mm.
• z - liczba ostrzy frezu.

Wzory podstawowe

Z prędkości skrawania liczymy obroty wrzeciona, a z obrotów i posuwu na ząb - posuw minutowy.

• Obroty: n = (Vc × 1000) / (π × D)
• Posuw minutowy: vf = fz × z × n

Przykład praktyczny. Frezujemy stal C45 frezem VHM o średnicy D = 10 mm, liczbie ostrzy z = 4, przyjmujemy Vc = 150 m/min oraz fz = 0,05 mm/ząb.

• n = (150 × 1000) / (3,14 × 10) = 4775 obr/min
• vf = 0,05 × 4 × 4775 = 955 mm/min

Tę wartość vf wpisuje się jako F955 w programie. Jeśli maszyna nie wyrabia obrotów (np. wrzeciono do 4000), trzeba zmniejszyć obroty proporcjonalnie i przeliczyć vf, żeby zachować fz.

Tabela Vc - prędkość skrawania dla frezów VHM

Poniżej zakresy stosowane w praktyce dla frezów VHM z powłoką. Wartości startowe można korygować w górę przy idealnych warunkach (sztywna maszyna, dobre chłodzenie) lub w dół przy długim wysięgu i lekkiej maszynie.

Frezy HSS bez powłoki pracują z Vc niższym o 50-70% od VHM. Powłoka TiAlN lub AlTiN podnosi dopuszczalne Vc szczególnie w stali nierdzewnej i tytanie. Szczegóły dotyczące powłok opisaliśmy w artykule Powłoki narzędziowe TiSiN, DLC, AlTiN, ZrN.

Tabela fz - posuw na ząb

Posuw na ząb skaluje się w przybliżeniu ze średnicą frezu. Reguła kciuka: fz ≈ 1-2% średnicy frezu dla materiałów typowych. Przy aluminium i mosiądzu można schodzić wyżej, przy stali nierdzewnej i tytanie - niżej.

ap i ae - dwie strategie obróbki

Głębokość osiowa ap i głębokość promieniowa ae decydują o objętości skrawanego materiału na minutę (MRR) i o obciążeniu narzędzia. Stosuje się dwie strategie.

Strategia klasyczna

Większa ae, mniejsza ap. Dla frezów VHM przyjmuje się ae = 0,3-0,5 × D, ap = 0,5-1,0 × D. Wykorzystuje pełną długość ostrza w sposób umiarkowany. Sprawdza się przy konturowaniu, fazowaniu i operacjach wykończeniowych.

Strategia trochoidalna / HSM

Mała ae (5-15% D), pełna głębokość ap (1,5-3 × D). Narzędzie wchodzi w materiał ścieżką trochoidalną - łukową. Mniejsze siły boczne, lepsze odprowadzenie ciepła, równomierne zużycie ostrza na całej długości. Wymaga maszyny z dynamicznym sterowaniem CAM i sztywnego mocowania, ale daje 2-3× wyższą wydajność w trudnych materiałach (stal nierdzewna, tytan, hartowane stale).

Jeśli pracujesz w stali nierdzewnej, zalecamy strategię trochoidalną. Szczegóły w artykule Jak dobrać frez do stali nierdzewnej.

Jak rozpoznać, że parametry są źle dobrane

Maszyna i wiór mówią głośno, jeśli umie się słuchać. Najczęstsze sygnały:

• Dźwięk „wycia" lub „świstu": Vc za wysokie albo brak chłodzenia. Krawędź się przegrzewa.
• Kucie, drgania słyszalne: fz za niski (frez „ślizga się" po materiale), narzędzie ma za długi wysięg lub mocowanie nie trzyma.
• Wiór niebieski / fioletowy: Vc za wysokie. Zmniejszyć o 20%.
• Wiór pylisty, drobny: fz za niski. W stali nierdzewnej dodatkowo grozi work hardeningiem.
• Wiór długi, „spiralny": w aluminium i miedzi - normalne. W stali oznacza za niski fz lub geometrię niedopasowaną.
• Łamanie frezu: ap × ae przekracza wytrzymałość konkretnej średnicy. W mikrofrezach to częsty problem - zmniejszyć ae lub przejść na trochoidalną.

Powłoka, materiał frezu i geometria

Parametry skrawania zależą nie tylko od materiału obrabianego, ale też od narzędzia. Te same Vc i fz w stali C45 dadzą inny efekt, jeśli zamiast frezu VHM z powłoką TiAlN użyjemy HSS bez powłoki. Powłoka pozwala zejść z chłodzeniem (do MQL lub na sucho) i podnieść Vc o 20-40%. Liczba ostrzy zmienia całkowity posuw - im więcej ostrzy, tym vf wyższe przy tym samym fz.

Geometria frezu (kąt skrętu, kąt natarcia, długość ostrza) determinuje także zakres ap. Frez do aluminium z dużym kątem skrętu (45°) gładko prowadzi wiór, frez do stali ma mniejszy kąt skrętu (30-38°) i wytrzymalsze rdzenie.

FAQ

Co zrobić, gdy parametry z karty katalogowej nie działają?

Karta producenta zakłada warunki idealne (nowa maszyna, sztywne mocowanie, najlepsze chłodzenie). W praktyce trzeba korygować w dół. Najpierw obniżamy ap o 30%, potem ae o 20-30%. Vc i fz zostawiamy. Jeśli dalej są wibracje, schodzimy z Vc o 15-20% i sprawdzamy mocowanie narzędzia oraz przedmiotu.

Dlaczego fz liczymy na ząb, a nie na obrót?

Bo każde ostrze zabiera materiał osobno. Posuw na ząb opisuje grubość wióra na jednym ostrzu - to fizyczna miara obciążenia krawędzi. Posuw na obrót (fz × z) zależy od liczby ostrzy i nie jest porównywalny między frezami 2- a 4-ostrzowymi.

Jak ustawić chłodzenie do trudnych materiałów?

Stal nierdzewna, tytan, duplex - chłodzenie obfite emulsją (5-10% koncentratu) lub MQL z olejem o niskiej lepkości. Powietrze sprężone wystarcza tylko w aluminium i mosiądzu. Wewnętrzne chłodzenie (through-coolant) jest standardem w głębokim wierceniu i w trochoidalnym frezowaniu stali nierdzewnej.

Jak dobrać Vc do narzędzia używanego, a nie nowego?

Frez po pierwszym ostrzeniu lub po przejechaniu 50% żywotności pracuje z Vc niższym o 15-25% od katalogowego. Jeśli nie wiemy, ile narzędzie ma za sobą - startujemy z 80% Vc katalogowego i obserwujemy wiór oraz dźwięk.

Co kupić w Kortools

Dobrze dobrane parametry skrawania działają tylko z dobrze dobranym narzędziem. W naszej ofercie znajdziesz:

• Frezy VHM do aluminium, stali i stali nierdzewnej z powłokami TiAlN, AlTiN, DLC.
• Wiertła VHM krótkie (3×D, 5×D) i długie (8×D, 10×D) z chłodzeniem zewnętrznym i wewnętrznym - patrz artykuł Wiertła do CNC - VHM, HSS, powłoki.
• Płytki skrawające w oznaczeniach ISO (CNMG, WNMG, APMT) - patrz Oznaczenia ISO płytek skrawających.
• Oprawki i tulejki ER do precyzyjnego mocowania narzędzi - patrz Tulejki ER - rozmiary i dokładność.

Jeśli nie wiesz, którą powłokę wybrać do swojego materiału, przeczytaj Powłoki narzędziowe TiSiN, DLC, AlTiN, ZrN. Dla obróbki samego aluminium zacznij od Jak dobrać frez do aluminium.