Обороты шпинделя: задаём оптимальную частоту вращения
Чтобы не ошибиться с “оборотами”, надо знать всего две вещи: диаметр фрезы D (это просто) и скорость резания данного материала Vr (это тоже). Скорость резания можно подсмотреть здесь:
- алюминий и алюминиевые сплавы — 200-400 м/мин,
- латунь — 150-300 м/мин,
- бронза — 100-150 м/мин,
- бакелит — 50-100 м/мин,
- ПВХ — 100-200 м/мин,
- термопласты стандартные (акрил, нейлон и проч.) — 300-500 м/мин,
- древесина — 300-400 м/мин,
- нержавеющая сталь — 50-90 м/мин.
Теперь, когда мы всё это знаем, подставляем значения в формулу:
n = (1000 * Vr) / (3,14 * D),
где n — частота вращения шпинделя (об./мин), а всё остальное Вы уже знаете, потому что внимательно читали первое предложение 🙂
Например: режем древесину 6-миллиметровой фрезой. Смотрим в таблицу, где Vr для дерева = 300-400 м/мин. Значит, минимальное число
Внимание: расчёты верны только для фрез со стандартным соотношением диаметра и рабочей длины — 1/3-1/5. При меньшем соотношении (при большей длине фрезы) обороты необходимо уменьшать!
Вернёмся к примеру. Еесли у нас не обычная фреза на 6 мм с рабочей длиной 22 мм, а удлинённая — допустим, с длиной 52 мм, обороты могут быть подобраны только экспериментально, начиная со стандартного значения, делённого на 4 или даже 5. То есть, ставить надо не 16 тыс., а 3200 об/мин (16000 / 5) и, если не возникает посторонних шумов, понемногу увеличивать до устраивающих значений, при которых всё ещё не возникает вибраций.
Важно помнить, что частота вращения — это полдела, потому что ещё надо правильно выбрать подачу. Она может быть тем быстрее, чем выше “обороты” шпинделя, но с их увеличением неизбежно ускоряется и износ режущих кромок фрезы.
Частота вращения шпинделя: определение, ряды и график частот: определение, формула, расчет
Для обработки различных заготовок и получения конкретных изделия часто применяется фрезеровальное или токарное оборудование. Оно характеризуется просто огромным количество различных особенностей, среди которых отметим наличие шпинделя. Предназначение подобного узла заключается в креплении заготовки или инструмента на момент работы. Выделяют довольно большое количество различных параметров, которые должны учитываться.
Примером можно назвать то, что частота вращения шпинделя варьируется в достаточно большом диапазоне, выбирается в зависимости от области применения оборудования и многих других моментов. Самостоятельно определить частоту вращения шпинделя можно исключительно при проведении теоретических расчетов, фактический показатель указывается производителем оборудования в инструкции по эксплуатации. Рассмотрим подробнее то, как рассчитать скорость вращения шпинделя и какими особенностями обладает устанавливаемый узел на станках.
Определение частоты вращения
Часто определение частоты вращения шпинделя проводится при создании технологической карты получения того или иного изделия. Именно поэтому для определения точного значение нужно уделить внимание исходным данным. В большинстве случаев они выглядят следующим образом:
- Тип применяемого материала при создании заготовки. В большинстве случаев эта сталь, которая обладает определенным показателем твердости, а также пределом прочности. В большинстве случаев заготовка представлена углеродистой сталью, которая характеризуется относительно невысокой степенью обрабатываемости. Также могут использоваться различные цветные сплавы, а также чугун. От типа применяемого материала во многом зависит то, какая нагрузка должна оказываться на поверхность для снятия определенного слоя материала. Во многом именно тип материала определяет скорость вращения шпинделя, который выбирается во всех случаях обработки.
- Диаметр заготовки может варьироваться в достаточно широком диапазоне. При этом для расчета основных параметров учитывается величина припуска. Она разделяется на несколько проходов в зависимости от того, какой точности размеров и качества поверхности нужно добиться после механической обработки. Чаще всего точение разбивается на несколько основных операций: черновое, чистовое и финишное. При черновом, как правило, выбирается больший показатель снимаемого материала, за счет чего проводится уменьшение частоты вращения шпинделя. При чистовой обработке показатель может быть существенно повышен, так как нагрузка на основные элементы существенно снижается. Финишное резание позволяет получить низкую степень шероховатости, которая свойственна деталям, которые применяются при создании ответственных механизмов.
- Длина обрабатываемой детали имеет значение при выборе основных параметров резания. Это связано с тем, что обработка может проводится в несколько этапов. Слишком большая длина изделия определяет существенное повышение нагрузки на шпиндель и крепление режущего инструмента.
- Квалитет точности и требуемая шероховатость считаются важными параметрами, которые оказывают влияние на число оборотов шпинделя. Высокую точность можно достигнуть исключительно при выборе высокой скорости вращения шпинделя и применении более современного оборудования. Наиболее высокий показатель квалитета точности можно достигнуть при применении станков с ЧПУ, так как их конструкция характеризуется высокой жесткостью и точностью позиционирования отдельных узлов относительно друг друга.
Для определения рассматриваемого показателя применяется формула, которая выглядит следующим образом: n=1000V/nd. Приведенная выше информация указывает на то, что частота вращения во многом зависит от диаметра и скорости резания, определяется в самых различных случаях.
Измеряется рассматриваемый показатель в единице, которая определяет число сделанных оборотов в минуту. Эта единица считается мировой, применяется в большинстве случаев и может переводится в другие. При расчетах редко получается точный результат, поэтому берется приближенный параметр из таблицы.
Расчет режима резания вызывает довольно много трудностей при отсутствии требующейся информации. Основными параметрами можно назвать следующее:
- Для начала уделяется внимание типу подходящего режущего инструмента, его материалу и геометрическим параметрам. В продаже встречается просто огромное количество различных вариантов исполнения инструментов, поэтому выбору следует уделять довольно много внимания. Режущая часть часто изготавливается из быстрорежущей стали, но также есть варианты исполнения, кромка которых представлена твердым износостойким сплавом. На токарном станке устанавливаются резцы, режущая кромка которых может повторять различную форму. Примером можно назвать проходные, отрезные резцы, а также варианты исполнения, предназначенные для получения канавок. Куда более сложная характерна для фрез, которые могут применяться для получения плоской поверхности. При непосредственном выборе инструмента рекомендуется проводить его визуальный осмотр, так как дефекты могут стать причиной повреждения инструмента и его быстрого износа, возникновения многих других проблем.
- Следующий шаг заключается в непосредственном выборе подходящего станка для получения детали. В этом случае не стоит забывать о том, что все оборудование может работать при определенном диапазоне вращения шпинделя. Кроме этого, выбор проводится в зависимости от типа проводимой работы. Примером можно назвать то, что токарное оборудование может проводить лишь наружное точение, а также отрезание и расстачивание и некоторые другие работы. Весьма сложной задачей можно назвать нарезание резьбы, для чего также проводится выбор частоты вращения. Для получения корпусных деталей, сверления и других подобных операций часто выбирается фрезеровальное оборудование, работа которого возможна от блока числового программного управления. На сегодняшний день проводится выпуск достаточно большого количества различных моделей станков, некоторые из них могут устанавливаться в домашней мастерской и при этом имеют достаточно широкий диапазон частоты вращения.
- Следует провести расчет режимов резания. Наиболее важными параметрами можно назвать скорость резания, величина подачи и многие другие моменты. Технологическая карта, как правило, представлена чертежом с режимами резания, которые выведены в отдельной таблице. В подобном случае также проводится указание показателя частоты вращения шпинделя, который выбирается с рекомендуемого диапазона. Частота вращения шпинделя – параметр, который определяет многое на момент обработки: степень нагрева кромки, ее износа, производительность оборудования и многое другое. Все оборудование может работать при определенной частоте вращения, которая выбирается путем выбора соответствующего режима резания. Основные параметры рассчитываются при применении определенных формул, которые можно встретить в самой различной технической документации.
- Рекомендуется также проводить проверку выбранных режимов резания. При этом проводится расчет мощности привода, прочность механизма подач, уделяется внимание прочности державки и пластинки твердого сплава. Не стоит забывать о том, что неправильный выбор основных параметров становится причиной не только получения низкокачественного изделия, но и износу основных узлов. Подобные расчеты проводятся исключительно с учетом технических особенностей оборудования, а также выбранной оснастки.
- Наиболее важным параметром принято считать также количество времени, которое требуется для выполнения конкретной операции. Этот показатель применяется для определения производительности и себестоимости изделия. Наименьший параметр характерен для станков с ЧПУ, так как они могут работать при высоких показателях частоты вращения шпинделя, а на перемещение основных узлов уходит минимальное количество времени. Именно поэтому подобное оборудование устанавливается в случае, когда нужно достигнуть высокий параметр производительности.
Заключительный этап связан с проверкой эффективности выбранного режима резания, а также правильности подобранного обрабатывающего оборудования.
При отсутствии основной информации рассчитать частоту вращения шпинделя об/мин практически невозможно. Однако, прибора, который позволит определить значение с высокой точностью, практически нет. Единица измерения определенного шпинделя может переводится в другие значения, к примеру, количество оборотов в течение минуты или часа.
Важно учитывать тот момент, что количеству оборотов будут соответствовать определенные условия обработки заготовки. К примеру, слишком высокое значение становится причиной повреждения инструмента, при слишком малом добиться требуемых параметров будет практически невозможно.
Скорость вращения шпинделя
При рассмотрении формулы, которая применяется для расчетов частоты вращения шпинделя, уделяется внимание скорости. Она также должна выбираться в зависимости от определенных условий эксплуатации оборудования. Для расчета скорости вращения -шпинделя станка может применяться формула: v=пdn/1000.
Скорость вращения токарного станка по металлу используется в качестве показателя скорости резания. От него зависит следующее:
- Производительность труда. Стоимость изделия во многом зависит от того, сколько времени было потрачено на его получение. Для повышений производительности труда следует существенно повысить значение скорости резания. Однако это не всегда можно провести, так как слишком высокий показатель может привести к серьезным проблемам, к примеру, нагреву инструмента или износу основной части.
- Шероховатость получаемой поверхности также варьирует в большом диапазоне. С увеличением скорости резания можно существенно повысить качество готового изделия. Поэтому высокие значения применяются в большинстве случаев при чистовом точении.
Выбор определенного показателя скорости вращения шпинделя проводится в зависимости от возможностей применяемого оборудования. Слишком высокий показатель нельзя устанавливать по причине того, что подобная эксплуатация оборудования приводит к сильному износу.
В заключение отметим, что неправильный расчет частоты вращения может привести к весьма тяжелым последствиям. Это связано с возможностью износа привода, а также других элементов. Не рекомендуется выбирать максимальные показателе частоты вращения и скорости резания, так как это может привести к повышенному износу и возможности износа применяемого инструмента.
как её выбрать? обновлено 28.05.2020 — MULTICUT
При составлении технологической карты токарной или фрезерной обработки специалисту нужно найти оптимальный баланс между производительностью станка и требованиями к чистоте поверхности готовой детали. Основные параметры, на которые он может повлиять — это частота вращения шпинделя и скорость подачи. Выбор режимов обработки проводится расчетным или опытным путем.
Сложность работы на портальных фрезерно-гравировальных станках состоит в их многозадачности. В одной управляющей программе может быть несколько видов обработки: контурная резка, фрезерование пазов и сквозных отверстий, гравирование. При этом материалы — дерево, пластик и композиты, различаются сопротивлением резанию и структурой. Многие начинающие операторы сталкиваются с такими неприятными моментами как прижог, недостаточная чистота обработки, преждевременный износ режущей кромки. Ниже мы постараемся дать общие рекомендации о настройке скорости шпинделя и подачи без сложных расчетов.
Что такое скорость вращения шпинделя и подача?
Скорость вращения — один из основных параметров шпинделя. Он выражается в оборотах в минуту (об/мин) или герцах (Гц). В портальных станках с ЧПУ не используется сложных по конструкции механических коробок передач и скорость регулируется электронными компонентами. С увеличением скорости вращения растет производительность станка и снижается ресурс режущего инструмента. Последнее связано с выделением избыточного количества тепла, которое не успевает рассеиваться. В результате перегрева падает твердость режущих кромок, и они теряют свою остроту.
Скорость подачи, или линейного перемещения, измеряется в миллиметрах в минуту (мм/мин) и влияет на объем снимаемого материала в единицу времени. На портальных станках без механизма вращения заготовки регулируются скорости перемещения портала, каретки и вертикального движения шпинделя. При составлении управляющих программ стараются задать максимально возможные подачи, при этом должно выполняться условие сохранения целостности фрезы. Избыточная скорость приводит к появлению сколов на режущих кромках поломка или деформация хвостовика.
Распространенные ошибки при выборе режимов резания
Одно из важных условий правильной работы станка — согласование скоростей вращения и подачи фрезы между собой. Некоторые начинающие станочники при выборе режимов резания допускают ошибки в попытках сохранить инструмент.
Работа на минимальных скоростях приводит к снижению качества обработки. Если величина подачи сопоставима с толщиной режущей кромки, то вместо снятия стружки фреза надавит на заготовку и будет только шлифовать ее своей поверхностью. Чтобы понять, что в этот момент происходит с обрабатываемой поверхностью, представьте, что вы включили реверс на шпинделе, в котором зажато спиральное сверло, и пытаетесь «продавить» отверстие. На высоких оборотах будет наблюдаться прижог обрабатываемой поверхности и режущей кромки, отгибание фрезы.
Обратная ситуация, когда при высокой подаче шпиндель работает на малых оборотах, заставит фрезу снимать слишком толстую стружку. Из-за высокой нагрузки откалываются режущие кромки, а на обрабатываемой поверхности будут оставаться заметные «следы».
Для каждой фрезерной операции существует оптимальное соотношение скоростей подачи и вращения инструмента, на которых обработка будет проходить с достаточной скоростью и точностью. Это не фиксированные величины, а диапазоны. Поломка или преждевременный износ будут наблюдаться при критической ошибке.
Обработка чаще всего состоит из двух этапов: чернового, направленного на максимальный съем материала и чистового, при котором достигается требуемая шероховатость поверхности. Для чистового прохода снижают скорость подачи при сохранении оборотов шпинделя, а в станках со сменой режущего инструмента его выполняют другой, чистовой, фрезой.
Рекомендации по выбору режимов резания
Существует несколько типичных ситуаций, при которых можно воспользоваться общими рекомендациями.
Слишком большие обороты шпинделя
Иногда минимальные обороты станка все равно оказываются слишком высокими. Обычно это наблюдается при обработке твердых материалов фрезами больших диаметров. Можно использовать следующие варианты решения:
- Заменить фрезу из быстрорежущей стали на твердосплавную, по возможности — с покрытием, которое работает при повышенных температурах.
- Уменьшить диаметр фрезы. При этом снизится окружная скорость, с которой движется режущая кромка.
- Использовать технологию HSM. Высокоскоростная обработка позволяет повысить частоту вращения шпинделя и скорость подачи без увеличения износа режущего инструмента. Первый проход выполняется на полную ширину фрезы, а все последующие — на ¼ диаметра.
Слишком малая скорость подачи
В ситуациях, когда привода перемещения не могут обеспечить требуемую скорость подачи, можно поступить следующим образом:
- Уменьшать скорость вращения шпинделя вплоть до минимально допустимой мощности.
- Использовать фрезу с меньшим количеством зубьев. Такое решение дает хорошие результаты при работе с вязкими материалами, поскольку улучшаются условия отвода стружки с обрабатываемой поверхности. Замена фрезы с 3 зубьями (заходами) на однозаходную фактически означает увеличение скорости подачи в 3 раза (на каждый зуб).
- Использовать фрезу большего диаметра.
Налипание стружки при фрезеровании алюминия
Из-за относительно низкой температуры плавления алюминий имеет свойство налипать на поверхность фрезы. Многие начинающие фрезеровщики пытаются решить эту проблему регулированием оборотов шпинделя или скоростей перемещения. В результате оптимальный для фрезы режим резания становится неоптимальным для владельца предприятия: скорость обработки оказывается слишком низкой.
Главная причина налипания стружки — недостаточная подача или неправильный состав СОЖ. Если у станка нет возможности подавать смазочно-охлаждающую жидкость, необходимо организовать вакуумное удаление стружки или продувку сжатым воздухом.
Работа с глубокими отверстиями
Если глубина отверстия в 6 и более раз превышает его диаметр, оно считается глубоким. Неопытные станочники часто сталкиваются с такими проблемами как уход инструмента с оси и его поломка. Существует несколько приемов, которые позволят выполнить обработку точно и без потерь:
- Пользоваться сверлами, а не фрезами. По возможности они должны иметь параболические канавки, которые обеспечивают лучший отвод стружки.
- Подавать СОЖ под давлением. Жидкость будет вымывать стружку из отверстия.
- По возможности производить последовательную обработку двумя сверлами с разными диаметрами: проходить половину глубины отверстия меньшим диаметром и рассверливать до чертежного. Затем пройти отверстие до конца.
- При работе одним сверлом как можно чаще вынимать его из отверстия для удаления стружки.
- Увеличить скорость подачи, чтобы стружка представляла собой непрерывную спираль.
Как фрезеровать пазы?
При фрезеровании торцов деталей и внутренних поверхностей пазов цилиндрическими фрезами важно выбрать правильное соотношение ширины и глубины снимаемого материала в соответствии с максимальными скоростными возможностями станка. При увеличении глубины фрезерования нагрузка на канавки распределяется более равномерно, но вместе с этим наблюдается более сильный отгиб режущего инструмента. Кроме того, ухудшаются условия удаления стружки. При увеличении ширины снимаемого материала существует возможность увеличения скорости вращения шпинделя. Однако есть некоторые граничные значения частот, при которых скорость съема материала начинает падать.
Единственный способ получения оптимального сочетания этих двух параметров — тестирование станка в разных режимах. При этом материал «пробной» и «рабочей» заготовок должен быть одинаковым.
Сотрудники компании MULTICUT посвятили много времени изучению режимов обработки разных материалов. Выбор базовой комплектации станков собственного производства выполнялся с учетом полученного опыта. Сотрудники компании готовы оказать консультационную и практическую помощь в освоении оборудования и выборе оптимальных режимов резания. Любой желающий может поработать на действующем станке MULTICUT в демонстрационном центре и получить советы опытных мастеров. Получить консультации и справки можно, позвонив по контактному телефону.
3.6 Частота вращения шпинделя n, об/мин
(8)
где Д – диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
При точении наружной поверхности:
Принимаем значение частоты вращения шпинделя по паспорту станка 500 об/мин.
Действительная скорость определяется по формуле:
(9)
Точение
3.7 Окружная сила резания, Pz
Окружная сила резания, Pz, кгс определяется по формуле:
(10)
где Cpz, хр, ур, nр – коэффициенты принимаемые по [3];
Кр – поправочный коэффициент
3.8 Мощность резания, Nрез, кВт
Мощность резания определяется по формуле:
(11)
Мощности двигателя выбираемого станка 16 К20 достаточно.
Nдв=10 кВт > Nрез=0,12 кВт.
Расчет режимов резания на остальные операции рассчитывается аналогично.
Для операции 010 выбираем сверлильный станок 2М112 с мощностью электродвигателя Nдв = 0,6 кВт, все данные по технологическому процессу сведем в таблицу 8.
3.9 Определение скорости резания
Скорость резания определяется по формуле:
(12)
где Cv, ХV, yv, m – коэффициенты режимов резания принимаются по [3 стр. 441];
Т – период стойкости инструмента, Т = 60 мин;
Sz – подача, выберем подачу для чистового прохода, Sz = 0,15;
Кv – поправочный коэффициент, определим по формуле:
Kv=Kmv*Knv*Krv. (13)
где Кmv – коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала [3 стр. 424];
Кnv – коэффициент учитывающий состояние заготовки [3 стр. 424];
Кrv – коэффициент, учитывающий вид обработки.
Kv=0,35*1,4*1=0,49
3.10 Частота вращения шпинделя n, об/мин
Частота вращения шпинделя n, об/мин определяется по формуле:
(14)
где Д – диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
При точении наружной поверхности:
3.11 Окружная сила резания, Pz, кгс
Окружная сила резания, Pz, кгс определяется по формуле:
(15)
где Cpz=68, q=l, y=l;
3.12 Мощность резания, Nрез, кВт
Мощность резания определяется по формуле:
(16)
3.13 Расчет технических норм времени
Технические нормы времени в условиях массового и серийного производства устанавливаются расчетно-аналитическим методом.
В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени:
(17)
Данную деталь изготовляем в условиях серийного производства. Представим формулу 17 в развернутом виде:
(18)
где Тпз – подготовительно заключительное время, мин;
Т0 -основное время, мин;
Тиз – время на изготовление детали, мин;
Ту.с. – время на установку и снятие детали, мин;
Туп – время на приемы управления, мин;
Тз.о. – время на закрепление и открепление детали, мин;
k – коэффициент нормирования времени.
Операция 005 точения
Операция 010 точения
После определения норм времени составляем технологический процесс механической обработки:
Таблица 8 – Сводная таблица
Операция | Переход | Оборудование | Мощность резания N, кВт | Глубина резания Т, мм | Подача S0, мм/об | Скорость резания V, м/мин | Частота вращения N, об/мин | Основное время Т0, мин |
005 | Предварительное точение 2 | Токарно-винторезный станок 16К20 | 4,7 | 1,5 | 0,15 | 125 | 1000 | 2,25 |
Окончательное точение 2 | 0,8 | 0,15 | 125 | 1000 | 2,25 | |||
Точение поверхности 3 | 2,2 | 0,15 | 125 | 500 | 1,58 | |||
Подрезание торца 4 | 2 | 0,45 | 125 | 500 | 0,2 | |||
Подрезание торца 5 | 2 | 0,45 | 125 | 500 | 0,7 | |||
010 | Сверлить отверстие 1 | Вертикально- сверлильный станок 2М112 | 0,41 | 5 | 0,2 | 90 | 1000 | 4,8 |
Скорость резания от диаметра Таблица / Surface speed to RPM conversion
Перевод оборотов в минуту в линейную скорость Справочная таблица Скорости резания в зависимости от диаметра режущего инструмента
Перевод оборотов в минуту в линейную скорость Справочная таблица Скорости резания в зависимости от диаметра режущего инструмента _ Расчет частоты вращения vc Скорость резания (Vc, м/ ин) Диаметр 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 150 180 200 250 300 0.2 31,831 47,746 63,662 79,577 95,493 111,408 127,324 143,239 159,155 190,986 222,817 23,872 286,479 318,310 397,887 477,465 0.3 21,221 31,831 42,441 53,052 63,662 74,272 84,883 95,493 106,103 127,324 148,545 159,155 190,986 212,207 265,258 318,310 0.4 15,915 23,873 31,831 39,789 47,746 55,704 63,662 71,620 79,577 95,493 111,408 119,366 143,239 159,155 198,944 238,732 0.5 12,732 19,099 25,465 31,831 38,197 44,563 50,930 57,296 63,662 76,394 89,127 95,493 114,592 127,324 159,155 190,986 0.6 10,610 15,915 21,221 26,526 31,831 37,136 42,441 47,746 53,052 63,662 74,272 79,577 95,493 106,103 132,629 159,155 0.7 9,095 13,642 18,189 22,736 27,284 31,831 36,378 40,926 45,473 54,567 63,662 68,209 81,851 90,946 113,682 136,419 0.8 7,958 11,937 15,915 19,894 23,873 27,852 31,831 35,810 39,789 47,746 55,704 59,683 71,620 79,577 99,472 119,366 0.9 7,074 10,610 14,147 17,684 21,221 24,757 28,294 31,831 35,368 42,441 49,515 53,052 63,662 70,736 88,419 106,103 6,366 9,549 12,732 15,915 19,009 22,282 25,465 28,648 31,831 38,197 44,563 47,746 57,296 63,662 79,577 95,793 1.5 4,244 6,366 8,488 10,610 12,732 14,854 16,977 19,099 21,221 25,465 29,709 31,831 38,197 42,441 53,052 63,662 2 3,183 4,775 6,366 7,958 9,549 11,141 12,732 14,324 15,915 19,099 22,282 23,873 28,648 31,831 39,789 47,746 2.5 2,546 3,820 5,093 6,366 7,639 8,913 10,186 11,459 12,732 15,279 17,825 19,099 22,918 25,465 31,831 38,197 3 2,122 3,183 4,244 5,305 6,366 7,427 8,488 9,549 10,610 12,732 14,854 15,915 19,099 21,221 26,526 31,831 3.5 1,819 2,728 3,638 4,547 5,457 6,366 7,276 8,185 9,095 10,913 12,732 13,642 16,370 18,189 22,736 27,284 4 1,592 2,387 3,183 3,979 4,775 5,570 6,366 7,162 7,958 9,549 11,141 11,937 14,324 15,915 19,894 23,873 4.5 1,415 2,122 2,829 3,537 4,244 4,951 5,659 6,366 7,074 8,488 9,903 10,610 12,732 14,147 17,684 21,221 5 1,273 1,910 2,546 3,183 3,820 4,456 5,093 5,730 6,366 7,639 8,913 9,549 11,459 12,732 15,915 19,099 5.5 1,157 1,736 2,315 2,894 3,472 4,051 4,630 5,209 5,787 6,945 8,102 8,681 10,417 11,575 14,469 17,362 6 1,061 1,592 2,122 2,653 3,183 3,714 4,244 4,775 5,305 6,366 7,427 7,958 9,549 10,610 13,263 15,915 6.5 979 1,469 1,959 2,449 2,938 3,428 3,918 4,407 4,897 5,876 6,856 7,346 8,815 9,794 12,243 14,691 7 909 1,364 1,819 2,274 2,728 3,183 3,638 4,093 4,547 5,457 6,366 6,821 8,185 9,095 11,368 13,642 7.5 849 1,273 1,698 2,122 2,546 2,971 3,395 3,820 4,244 5,093 5,942 6,366 7,639 8,488 10,610 12,732 8 796 1,194 1,592 1,989 2,387 2,785 3,183 3,581 3,979 4,775 5,570 5,968 7,162 7,958 9,947 11,937 8.5 749 1,123 1,498 1,872 2,247 2,621 2,996 3,370 3,745 4,494 5,243 5,617 6,741 7,490 9,362 11,234 9 707 1,061 1,415 1,768 2,122 2,476 2,829 3,183 3,537 4,244 4,951 5,305 6,366 7,074 8,842 10,610 9.5 670 1,005 1,340 1,675 2,010 2,345 2,681 3,016 3,351 4,021 4,691 5,026 6,031 6,701 9,377 10,052 10 637 955 1,273 1,592 1,910 2,228 2,546 2,865 3,183 3,820 4,456 4,775 5,730 6,366 7,958 9,549 11 579 868 1,157 1,447 1,736 2,026 2,315 2,604 2,894 3,472 4,051 4,341 5,209 5,787 7,234 8,681 12 531 796 1,061 1,326 1,592 1,857 2,122 2,387 2,653 3,183 3,714 3,979 4,775 5,305 6,631 7,958 13 490 735 979 1,224 1,469 1,714 1,959 2,204 2,449 2,938 3,428 3,673 4,407 4,897 6,121 7,346 14 455 682 909 1,137 1,364 1,592 1,819 2,046 2,274 2,728 3,183 3,410 4,093 4,547 5,684 6,821 15 424 637 849 1,061 1,273 1,485 1,698 1,910 2,122 2,546 2,971 3,183 3,820 4,244 5,305 6,366 16 398 597 796 995 1,194 1,393 1,592 1,790 1,989 2,387 2,785 2,984 3,581 3,979 4,974 5,968 17 374 562 749 969 1,123 1,311 1,498 1,685 1,872 2,247 2,621 2,809 3,370 3,745 4,681 5,617 18 354 531 707 884 1,061 1,238 1,415 1,592 1,768 2,122 2,476 2,653 3,183 3,537 4,421 5,305 19 335 503 670 838 1,005 1,173 1,340 1,508 1,675 2,010 2,345 2,513 3,016 3,351 4,188 5,026 20 318 477 637 796 955 1,114 1,273 1,432 1,592 1,910 2,228 2,387 2,865 3,183 3,979 4,775 21 303 455 606 758 909 1,061 1,213 1,364 1,516 1,819 2,122 2,274 2,728 3,032 9,789 4,547 22 289 434 579 723 868 1,013 1,157 1,302 1,447 1,736 2,026 2,170 2,604 2,894 3,617 4,341 23 277 415 554 692 830 969 1,107 1,246 1,384 1,661 1,938 2,076 2,491 2,768 3,460 4,152 24 265 398 531 663 796 928 1,061 1,194 1,326 1,592 1,857 1,989 2,387 2,653 3,316 3,979 25 255 382 509 637 764 891 1,019 1,146 1,273 1,528 1,783 1,910 2,292 2,546 3,183 3,820 гНННЬ 28 Влияние длины рабочей части (вылета фрезы) Концевые фрезы Влияние рабочей части на деформацию изгиба Относительная длина рабочей части фрезы Длину рабочей части фрезы принято измерять в количестве её диаметров I Id При мер) 3D, 15D, 22D Деформация изгиба определяется силой упругости.которая пропорциональна прогибу стержня. Вел ичин а деформация изгиба определяется по закону Гука С ув еличением вылета фрезы увеличивается деформация изгиба. С увел ичением количества зубьев жесткость возрастает. Малый размер стружечной канавки обеспечивает более высокую жесткость. 5 = Относительная деформация I = Длина рабочей части P = Сила резания Е = Модуль Юнга I = Момент инерции ( 1 5 = ltd4 14 >218 >51 -> 51 =851 =52 3
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ, ОБЩЕЙ ДЛЯ НАЛАДКИ ИНСТРУМЕНТОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ШПИНДЕЛЯ, ОБЩЕЙ ДЛЯ НАЛАДКИ ИНСТРУМЕНТОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
Коваленко В.И., Лобко А.А. (ДонНТУ, г.Донецк, Украина)Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2001, Вып. 16. С. 253-258.
Одним из наиболее производительных методов обработки является использование многоинструментальных наладок, что сокращает время на изготовление детали. Особенностью указанного метода применительно к токарной обработке является необходимость определения общей для всей наладки частоты вращения шпинделя. Ввиду актуальности указанного вопроса расчетом многоинструментальных наладок исследователи занимаются в течение длительного времени [1 – 4].
Для определения частоты вращения шпинделя, общей для наладки инструментов, используются различные методики, например [3 – 4]. В соответствии с методикой [3] частота вращения шпинделя определяется из условия обеспечения наибольшей производительности с использованием аналитических зависимостей; подразумевается, что все инструменты, входящие в наладку, имеют одинаковую характеристику инструментального материала (в аналитической зависимости «стойкость T – скорость резания V»показатель степени = const).
По методике [4] вычисляется экономически обоснованная, общая для наладки, частота вращения шпинделя. Основные положения этой методики даны также для случая = const; для наладок с различными характеристиками инструментального материала ( = var, например, 1 , 2 ) методом подбора определяется единая для наладки значение общ . В настоящей работе разработана программа для определения частоты вращения шпинделя, общей для наладки инструментов с различными характеристиками инструментального материала; при этом количество групп инструментов с одинаковым показателем , входящих в общую наладку, практически не ограничено.
Рассмотрим последовательность определения экономически обоснованной (общей для наладки) частоты вращения шпинделя вначале для случая = const, а затем рассмотрим особенности расчета для случая = var.
Для выполнения расчета необходимо иметь схему обработки детали с использованием многоинструментальной наладки, а также конструктивно-технологические характеристики обрабатываемых поверхностей: диаметры и длины поверхностей, значения глубин резания, характеристики инструментального материала (значения ), нормативные стойкости режущих инструментов и т.п.
Расчет общей для наладки частоты вращения шпинделя для случая = const выполняется в следующей последовательности (пункты 1 – 5 выполняют для каждого i-го инструмента наладки; остальные пункты расчета относятся к наладке в целом).
1) Определяют частоту вращения шпинделя, соответствующую скорости V100 (V100 – скорость резания, которая соответствует стойкости инструмента, равной 100 мин.):
(1)
где Di– диаметр обрабатываемой поверхности.
2) Пропорциональный износу инструмента (при V100i) расчетный коэффициент:
(2)
3) Коэффициент резания:
(3)
где Lrezi– длина резанияi – го инструмента;
Lсуп –ход суппорта.
4) Фактическое время обработки каждой из поверхностей:
trezi=Tнi·, 4)
где Tнi– нормативная стойкость.
5) Фактическое значение коэффициента, пропорционального износу инструмента:
(5)
6) После вычисления вышеприведенных параметров определяют коэффициент, пропорциональный суммарному износу всех инструментов наладки:
(6)
где n – количество инструментов в наладке.
7) Вычисляют общую для наладки частоту вращения шпинделя:
(7)
Расчет общей для наладки частоты вращения шпинделя для случая = var выполняется в следующей последовательности. Все инструменты, входящие в наладку, подразделяются на группы таким образом, чтобы в каждой группе находились инструменты с одинаковым значением показателя степени . Далее, для групп инструментов с одинаковым , таким же образом, как и для случая с = const, находится общее для данной группы расчетное значение частоты вращения шпинделя n1, n2, … nj. Затем определяют общую для инструментальной наладки (то есть для всех групп инструментов) частоту вращения шпинделя nобщ, используя нижеследующую аналитическую зависимость:
(8)
где n1, n2, … nj – частота вращения j-й группы инструментов с посто-янным .
Разработанная программа (на языке программирования Turbo Pascal) компоновка которой приведена на рис. 1, позволяет выполнять расчет общей для инструментальной наладки частоты вращения шпинделя nобщ для любого из возможного вариантов: с одинаковыми и различными характеристиками инструментального материала.
В последнем случае (то есть для = var) частота вращения шпинделя nобщ определяется по выражению (8) методом подбора. Запуск программы осуществляется файлом andr.exe. После ввода исходных данных (количество резцов, диаметры обрабатываемых поверхностей, скорости резания V100) производится определение частоты вращения шпинделя, фактическое время обработки каждой из поверхностей, фактическое значение пропорционального износу инструмента коэффициента и другое. После анализа частот вращения шпинделя n1, n2, … nj производится автоматическое определение предельных (минимальной nmin и максимальной nmax) частот.
С определенным шагом (в цикле) выполняются вычисления до тех пор, пока не будет получена заданная точность получаемого результата. Для этого вычисляется безразмерная величена А:
(9)
где k – количество групп инструментов с различными ;
ni – частота вращения шпинделя при данном i .
На каждом шаге вычислений определяется отклонение (по модулю) величины А от 1:
Y=|A-1|. (10)
Величина отклонения Y сравнивается с допустимой погрешностью вычислений :
Y. (11)
В качестве окончательного значения принимается частота вращения шпинделя, для которой вычисленная погрешность Y минимальна и меньше заданной погрешности .
Работу программы проиллюстрируем на примерах расчета многоинструментальной наладки, схема которой приведена на рис. 2, при обработке поверхностей вала на токарном многорезцовом полуавтомате.
Пример расчета 1. Используются инструменты с одинаковым значением показателя степени . В табл. 1 для каждого из четырех резцов приведены исходные данные для расчета: соответствующая стойкости Т = 100 мин скорость резания V100 , диаметр обрабатываемой поверхности Di, показатель степени i , нормативная стойкость Tні .
Таблица 1. Исходные данные
Резец № | V100i | Di, мм/зуб | i | Tнi | Lrezi | Lсуп |
1 | 44.5 | 90 | 4 | 60 | 15 | 58 |
2 | 48.8 | 32.5 | 4 | 60 | 50 | 58 |
3 | 48.8 | 32.5 | 4 | 60 | 50 | 58 |
4 | 48.8 | 32.5 | 4 | 60 | 50 | 58 |
Результаты обработки программой исходных данных приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты вычислений
Резец № | n100 | W100, мм/зуб | i | Trezi | Wi |
1 | 157.387 | 1629.782 | 0.259 | 15.517 | 252.897 |
2 | 477.955 | 19.163 | 0.862 | 51.724 | 9.912 |
3 | 477.955 | 19.163 | 0.862 | 51.724 | 9.912 |
4 | 477.955 | 19.163 | 0.862 | 51.724 | 9.912 |
В результате расчета получено: nэк = 243.980244 об/мин.
Пример расчета 2. Используются инструменты с различными значениями показателя степени при других (по сравнению с примером 1) условиях обработки.
В табл. 3 приведены соответствующие исходные данные, а в табл. 4 – результаты расчета программой.
Таблица 3. Исходные данные
Резец № | V100i | Di, мм/зуб | i | Tнi | Lrezi | Lсуп |
1 | 188 | 90 | 3 | 60 | 15 | 58 |
2 | 152 | 32.5 | 3 | 60 | 50 | 58 |
3 | 48.8 | 32.5 | 4 | 60 | 50 | 58 |
4 | 48.8 | 32.5 | 4 | 60 | 50 | 58 |
Таблица 4. Результаты вычислений
Резец № | n100 | W100, мм/зуб | i | Trezi | Wi |
1 | 664.914 | 5.116 | 0.26 | 15.37 | 0.786 |
2 | 1488.711 | 0.204 | 0.85 | 51.233 | 0.104 |
3 | 477.955 | 19.163 | 0.862 | 51.724 | 9.912 |
3 | 477.955 | 19.163 | 0.862 | 51.724 | 9.912 |
В результате расчета получены значения частот вращения шпинделя для каждой из групп инструментов с постоянными значениями показателя : n3 = 702 об/мин и n4 = 474 об/мин. Общие для всей многоинструментальной наладки частоты вращения шпинделя (и соответствующие значения погрешностей вычислений) равны: n = 441 об/мин (Y = 0,00281) и n = 442 об/мин (Y = 0,00570). Окончательно принимаем частоту вращения шпинделя n = 441 об/мин, для которой погрешность вычисления минимальна и меньше заданной предельной величины ( = 0,005).
Список литературы:
1. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/ В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, Н.Д. Юдина и др.; Под общ. ред. В.И. Баранчикова. – М.: Машиностроение, 1990. – 400 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985. 496 с.
3. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение, 1973. 640 с.
4. Темчин Г.И. Многоинструментные наладки. Теория и расчет. Машгиз. М.: 1963 – 544с.
Регулирование Частоты Вращения Шпинделя
Передаточное отношение
i=(z1/z2)*(z2/z3)=z1/z3
обычно принимается равным единице (при передаточном отношении ременной передачи iрем = 1), что обеспечивает равенство наибольшей скорости вращения шпинделя и двигателя:
nmax=nДmax.
Из этого следует
z3=z1
Передаточное отношение
i2=(z1/z2)*(z4/z5)
задается, исходя из требований к диаграмме мощности на шпинделе. Пусть ОАВС – график мощности электродвигателя (рис. 2, а) и ОА1В1С1 – графики мощности на шпинделе при регулировании его частоты вращения в верхнем диапазоне при iрем=1, i1=1.
Регулирование частоты вращения шпинделя в нижнем диапазоне, т. е. при i2<1 приводит к снижению характерных частот (рис. 2, б): nА2=nН*i2,nВ2=n1*i2,nС2=nmax*i2 (при iрем=1). Провал мощности на шпинделе отсутствует, когда частота nB2 совпадает с частотой nH, т. е. при n1i2=nH. Следовательно, H 2 1 ДР 1 , n i n R
i2=(nH/n1)=1/RДР
где RДР – диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью.
Таким образом, ОА2В2С2 есть диаграмма мощности на шпинделе при регулировании двигателя в первой зоне.
Частота np называется расчетной частотой вращения шпинделя, частота nmin является его минимальной частотой. В диапазоне частот n1min – np на шпинделе сохраняется постоянный момент, в диапазоне np – n1 – постоянная мощность, которая меньше мощности на валу двигателя в интервале nH – n1 на величину потерь в редукторе, ременной передаче и опорах шпинделя.
Скорость шпинделя – обзор
8.4 Стабильность вибрации
Как обсуждалось в предыдущем разделе, при токарной обработке изменение скорости шпинделя влияет на уровень стабильности очень мало, но при фрезеровании, особенно при высокоскоростном фрезеровании, смена шпинделя частота вращения может быть очень эффективным средством увеличения предельной глубины резания и, соответственно, скорости съема металла (MRR) [1].
На практике стабильность станка может быть представлена графически в виде специальной диаграммы, называемой диаграммой лепестков устойчивости (SLD), которая отображает влияние глубины резания при фрезеровании, диаметра сверла и т. Д. , в зависимости от скорости вращения инструмента или заготовки.SLD визуализирует границу между стабильной зоной (т. Е. Без дребезга) и нестабильной зоной (т. Е. С дребезжанием). При фрезеровании используются как двумерные, так и трехмерные лепестки устойчивости, которые учитывают осевую глубину резания или осевую и радиальную глубины резания вместе [4,5]. Пример двухмерной диаграммы стабильности для концевого фрезерования с характеристическими диапазонами нестабильности, показанными в виде лопастных участков, представлен на рис. 8.6C. В последовательности на рис. 8.8A и B показано, что при фрезеровании волнистость, которая прорезается на поверхности во время вибрационных колебаний зуба, восстанавливается последующим зубом.Случаи (A1), (A2) и (A3) были зарегистрированы для увеличенной скорости шпинделя, и можно видеть, что для более высокой скорости шпинделя (A3) возникает только одна и небольшая часть волны. Кроме того, случаи (B1) и (B2) показывают, что существенное изменение толщины стружки (удвоение амплитуды вибрации) происходит с полуторными волнами между зубьями при той же амплитуде. Напротив, не было получено никаких изменений толщины стружки и усилия, когда ровно одна волна между зубьями была в фазе.
Рисунок 8.6. Двумерная диаграмма лепестка стабильности для операции фрезерования: образование волнистости для увеличения скорости шпинделя (A), изменения толщины стружки (B) и лепестка стабильности (C) [1].
На диаграмме устойчивости, показанной на рис. 8.6C, вертикальная координата представляет собой отношение q = b lim / b cr , где b cr – наименьшее значение b lim , полученное для фазировки, наиболее подходящей для генерации дребезга, а горизонтальная шкала выражает значение числа p , представляющего собой отношение частоты зубца к собственной частоте системы.Следует отметить, что отдельные «лепестки» на диаграмме соответствуют другому целому числу N в уравнении. (8.3). Практическая интерпретация графика состоит в том, чтобы рассматривать огибающую всех лепестков как границу между устойчивым полем под огибающей и полем вибрации (заштрихованные области), лежащим над огибающей. Подъем границы устойчивости на левом конце горизонтальной шкалы является эффектом затухания процесса. Напротив, на высокоскоростном конце справа возникают разрывы повышенной устойчивости.Наивысшая стабильность, обеспечивающая максимальное значение стабильной глубины резания, достигается при скорости вращения шпинделя, при которой частота зубьев равна собственной частоте системы (для p = 1). На рис. 8.6C видно, что пики стабильности близки к значениям p = 1 ( N +1). Это означает, что для низких частот вращения шпинделя пики стабильности не очень высоки и локализуются близко друг к другу. Но по мере приближения скорости шпинделя к значениям n = 0.5 f n / m (и в основном n = f n / м ), что означает одну волну между последующими зубьями, может быть существенное увеличение устойчивости. достигается за счет точного выбора правильной скорости вращения. На практике необходимо иметь плавно регулируемую скорость шпинделя, чтобы иметь возможность выбирать наиболее стабильную скорость.
На рис. 8.7 показано, как можно увеличить MRR (B) за счет динамической оптимизации интерфейса между шпиндельным блоком и держателем инструмента с использованием соответствующего лепестка устойчивости (A).В результате при использовании концевой фрезы диаметром 19 мм при наиболее стабильной скорости вращения шпинделя 15000 м −1 можно было уменьшить радиальную силу до 1250 Н и увеличить объем удаляемого материала. до 900 см 3 / мин.
Рисунок 8.7. Оптимизированная диаграмма устойчивости (A) и соответствующие значения MRR (B) [5]. а – изменение глубины резания на каждом шаге на 0,5 мм.
На рис. 8.8A показан пример трехмерной диаграммы лепестков с использованием скорости вращения шпинделя, а также осевой и радиальной глубины резания в качестве координат для фрезерования тонкостенной детали.Зависимость между осевой и радиальной глубинами резания, полученная при скорости вращения шпинделя 10 000 об / мин, представлена на рис. 8.8B. Следует отметить, что при высокопроизводительных операциях фрезерования тонкостенных конструкций традиционной двумерной диаграммы лепестков недостаточно для правильного прогнозирования устойчивых зон системы вибрации. В таких случаях следует также учитывать изменение динамического поведения обрабатываемой детали относительно положения инструмента [4] или динамическое поведение системы вибрации [5].В результате может быть получена оптимальная пара осевой и радиальной глубины резания, которая удовлетворяет максимальному MRR для фрезерования без вибрации.
Рисунок 8.8. Трехмерная диаграмма лепестков стабильности для операции фрезерования тонкостенной пластины (A) и соотношение между осевой и радиальной глубинами резания для скорости вращения шпинделя 10 000 об / мин (B) [4].
Большинство методов прогнозирования и управления вибрацией при обработке основаны на трех уравнениях доли устойчивости при фрезеровании как [6]:
(8.4) blim = −12KsmavgμRe [G]
, где b lim – предельная стабильная осевая глубина резания, K s – удельная мощность материала, м avg – это среднее количество зубьев в резе, а µ Re [ G ] – это действительная часть ориентированной функции частотной характеристики (FRF), измеренной на вершине инструмента.
Вторая формула. (8.3), а третий выглядит следующим образом:
(8.5) ε = 2π − 2tan − 1 (Re [G] Im [G])
, где Im [ G ] – мнимая часть FRF, измеренная на вершине инструмента.
Измерения FRF чаще всего основаны на испытании на удар, когда инструментальный молоток используется для удара по режущей кромке инструмента и измеряется сила удара или устройство «отталкивания», в котором удар создается посредством с помощью взрывного устройства. Другой метод – это метод ударного возбуждения, в котором для возбуждения используются магнит и вращение шпинделя [6].Как только измеренная FRF доступна, SLD может быть вычислен с использованием набора уравнений (8.3) – (8.5). Способы определения стабильных областей резания без необходимости измерения FRF включают запись звукового спектра во время процесса резания или специальное устройство, которое использует вращающийся инструмент и бесконтактный привод для создания возбуждающей силы. Смещение режущей кромки инструмента измеряется в ответ на возбуждение на частоте прохода инструмента, и с использованием выборки смещения один раз за оборот при каждом импульсе тахометра наложенная действительная часть FRF (см.(8.5)) построено. Каждая из этих реальных частей соответствует областям, где частота прохождения зубьев соответствует частоте вибрации, и, следовательно, соответствует наиболее стабильным участкам диаграммы устойчивости. Существует коммерчески доступное программное обеспечение [1,6,7], которое можно использовать для моделирования вибрации и расчета мощности резания на основе MRR (она пропорциональна скорости шпинделя и осевой глубине резания). Более того, такие прогоны могут быть автоматически запрограммированы для диапазонов скоростей шпинделя и глубины резания, в результате чего получаются подробные графики амплитуд вибрации и усилий для всех комбинаций осевой и радиальной глубины резания и скоростей шпинделя.Наконец, эти выступы можно использовать для программирования оптимальных операций обработки с ЧПУ, но необходимо измерить динамические характеристики всех используемых режущих инструментов. Например, производитель станков Okuma предлагает коммерческую систему управления Okuma Navi [7], которая при обнаружении вибрации встроенными датчиками или микрофоном автоматически изменяет скорость шпинделя или выполняет регулировку скорости шпинделя. Обнаружение дребезга и его подавление схематически проиллюстрировано на Рис. 8.9
Рис. 8.9. Обнаружение вибрации микрофоном (A) и его подавление (C) с помощью программного обеспечения Machining Navi с треугольным изменением скорости шпинделя (B) [7].
Скорость шпинделя (об / мин) и направляющая SFM
Выбор правильной скорости (об / мин) для использования при резке любого материала вращающимся инструментом всегда был сложной задачей. Даже с появлением больших баз данных по материалам и потрясающих инструментов, таких как GWizard Calulator от CNCCookbook.com, попытка выбрать «лучший» RPM для любой конкретной комбинации материала и резака может быть сложной задачей в лучшие времена.Это особенно верно в отношении таких материалов, как дерево и пластик, для которых свойства резания от партии к партии настолько различаются, что невозможно надежно определить такой удобный параметр, как «SFM (площадь поверхности в футах в минуту»). Тем не менее, есть несколько методов, которые вы можете использовать. можно использовать для достижения приемлемой скорости вращения шпинделя, независимо от того, что вы режете.
В те времена, когда у всех нас еще были собственные зубы, можно было предположить, что шпиндели, используемые на фрезерных станках с ЧПУ, были построены по относительно строгим спецификациям с использованием компонентов высокого качества.Когда начали распространяться компактные недорогие системы, ситуация резко изменилась. Чтобы снизить затраты, большинство производителей этих «настольных» устройств использовали ручные маршрутизаторы потребительского класса в качестве своих предпочтительных «шпинделей». Изготовлен с использованием гораздо более жестких допусков и более дешевых материалов, введены ручные фрезерные станки и ряд проблем, которые необходимо решить перед блокировкой RPM.
Вы называете это концентрическим? – Одна из первых вещей, которая стала очевидной, когда владельцы недорогих столов с ЧПУ начали использовать микроинструменты, заключалась в том, что гайки и цанги, которые поставлялись производителями маршрутизаторов, просто не соответствовали поставленной задаче.Из-за высокого биения (TIR), часто сопровождаемого низким усилием зажима, многие цанги оказались совершенно опасными в использовании. В сочетании с частой необходимостью использовать столь же неточные переходники цанговых патронов для приспособления к инструментам с меньшими хвостовиками, вы оказались в ситуации, которая была хороша для производителей твердосплавных инструментов, но не очень хороша для конечного пользователя. Большинство систем не могут успешно использовать инструменты с диаметром резки менее 1/32 дюйма (0,8 мм), что практически исключает их использование для прецизионной обработки, изготовления ювелирных изделий и изготовления печатных плат.Эта проблема была в значительной степени решена в 2008 году, когда мы представили прецизионные гайки и цанговые патроны PreciseBits и в 2010 году появились относительно недорогие шпиндели частотно-регулируемого привода.
Гладкая, как шелк – Любая вращающаяся система имеет скорости, при которых поперечная вибрация минимальна (узловые точки), и скорости, на которых вибрация более выражена, а иногда и очень сильна (называемые точками резонанса, как несбалансированные автомобильные шины на высоких скоростях) . В некоторых случаях разница между этими точками слышна, но с хорошо спроектированными системами шпиндель / цанга / гайка / фреза разница чаще бывает тактильной (вы должны почувствовать это, чтобы обнаружить это).Чтобы улучшить качество поверхности, минимизировать износ подшипников, снизить уровень шума при резке и продлить срок службы режущих инструментов, ОЧЕНЬ хорошая идея ВСЕГДА работать в тихой узловой точке. Если у вас есть привычка покупать высококачественные инструменты (например, наши), найти узловые точки обычно довольно просто. С другой стороны, если вы предпочитаете использовать недорогие биты (например, 24 бита для маршрутизатора за 18,95 долларов США), это может оказаться невозможным. Вот что тебе следует делать.
- Вставьте инструмент, который вы будете испытывать, в цангу и убедитесь, что гайка надежно затянута.
- Поднимите тележку Z (платформа, на которой установлен ваш маршрутизатор / шпиндель), чтобы убедиться, что режущий инструмент свободно вращается в воздухе.
- Возьмитесь за верхнюю часть фрезера / шпинделя одной рукой.
- С помощью долота “режущий” воздух (нулевая нагрузка) запустите двигатель на максимальной СКОРОСТИ (об / мин)
- Предполагая, что ваш шпиндель / фрезерный станок имеет переменную СКОРОСТЬ, уменьшайте СКОРОСТЬ, пока не найдете первое «тихое» (узловое) пятно. (Помните! Вы «слушаете» рукой, а не ушами.) .
- Запишите эту СКОРОСТЬ в журнал процесса.
- Продолжайте снижать частоту вращения до тех пор, пока вы не определите (и не запишите) все узловые точки для этой комбинации цанга / фреза во всем диапазоне СКОРОСТИ вашего фрезера / шпинделя.
Не беспокойтесь, если вы не можете обнаружить какие-либо изменения в “ощущении” шпинделя / фрезерного станка при изменении скорости вращения. Это просто означает, что любые точки резонанса так подавлены, что они никак не повлияют на срок службы ваших инструментов или качество их работы.Рекомендуется периодически повторять этот тест, потому что внезапное появление избыточной вибрации при любой частоте вращения может сигнализировать о том, что ваши подшипники начинают изнашиваться и в конечном итоге могут потребовать замены.
Вообще говоря, если вы режете древесину (мягкую или твердую) с помощью инструмента диаметром 0,125 дюйма или меньше, вы можете вращать свой шпиндель с любой скоростью (при условии, что он гладкий на этой скорости).Благодаря усилиям исследователей из ASTM и различных других агентств по стандартизации, довольно легко создать хороший RPM для резки большинства металлов.За исключением некоторых экзотических сплавов, все, что вам нужно сделать, это:
- Зайдите в Интернет и найдите характеристики поверхности в футах в минуту (SFM) для конкретного металла, который вы обрабатываете
(например, таблица SFM для Niagara Tool. Обратите внимание, что это может зависеть от того, какой инструмент вы используете) - Умножьте SFM на 3,82 и разделите результат на диаметр инструмента (В ДЮЙМАХ!)
(магическое число 3,82 преобразует футы в SFM в дюймы, в то же время оно преобразует диаметр долота в по окружности) - Конечный результат – число оборотов в минуту, подходящее для резки металла вашей конкретной коронкой.
Другими словами:
об / мин = (SFM X 3,82) / (диаметр фрезы)Или вы можете сэкономить много времени и усилий, купив копию G Wizard Calcuator, незаменимого инструмента для всех, кто задумывается о серьезной работе с ЧПУ.
Тишина – это золото – Когда вы режете новый материал, часто трудно сказать, какую скорость вращения использовать.Это особенно верно в отношении таких материалов, как древесина, которые меняются от партии к партии, и термопластов, где могут быть значительные различия между литыми и экструдированными продуктами. . К счастью, во многих случаях режущий инструмент подскажет, когда он недоволен. Подобно голодному щенку, он будет скулить и визжать, если вы будете пытаться повернуть его слишком быстро, чтобы не допустить разрезаемого материала.
Примечание: Вообще говоря, вы не услышите НИКАКОГО визга от долота диаметром 1/8 дюйма или меньше. Таким образом, вы можете в значительной степени игнорировать этот шаг, если используете микроинструменты, которые вполне могут работать практически на любых оборотах, которые ваш шпиндель способен вращать.
Простой метод определения наилучшей максимальной СКОРОСТИ:
- Вставьте инструмент, который вы будете испытывать, в цангу и убедитесь, что гайка надежно затянута.
- Установите СКОРОСТЬ на максимальную узловую частоту вращения, определенную выше.
- Рассчитать тест FEED по:
– это СКОРОСТЬ, которую вы будете использовать в тесте «сладкое пятно», чтобы найти оптимальную норму ПОДАЧИ.
G96 и G97 контроль скорости вращения шпинделя
У нас есть два различных режима на выбор при управлении скоростью вращения нашего компонента: постоянная скорость резания поверхности G96 и постоянная скорость шпинделя G97.
Команда G96 используется, когда нам требуется постоянная скорость резания или скорость резания. Эта скорость указывает расстояние, на которое инструмент перемещается по поверхности компонентов в минуту. При выборе G96 скорость шпинделя автоматически изменяется средствами управления станком, так что скорость поверхности материала остается постоянной при изменении диаметра во время операции обработки.
Типичный блок G96 может выглядеть так:
G96 S150 M03 (или M04);
Скорость резания определяется материалом, режущим инструментом, формой компонентов и методом зажима.
По мере приближения инструмента к средней линии детали скорость шпинделя будет увеличиваться, пока не достигнет максимальной скорости шпинделя для станка. Как правило, это плохая идея, поскольку на этой скорости центробежная сила может заставить цыпленка не надежно удерживать заготовку.
Чтобы установить максимальную скорость, которую мы хотим, чтобы машина достигла при уменьшении диаметра детали, мы используем команду G50, как описано ниже.
Машина не будет превышать число оборотов в минуту, установленное командой ограничения скорости G50.
При использовании G96 важно установить максимальную скорость шпинделя с помощью G50.
Для таких операций, как торцевание или отрезка, когда инструмент достигает центральной линии, шпиндель будет вращаться с максимальной скоростью. Мы можем временно снизить эту скорость с помощью G50.
Пример блока G50
G50 S2000;
Обратите внимание, что эту скорость все еще можно изменить с помощью переключателя коррекции скорости шпинделя на органах управления станком.Установка скорости шпинделя выше максимальной рекомендованной скорости для вашего патрона может привести к травмам или повреждению станка.
При использовании команды постоянной скорости шпинделя G97 скорость шпинделя, установленная G50, игнорируется.
Для непосредственного управления частотой вращения шпинделя мы используем команду постоянной скорости шпинделя G97.
Это будет использоваться по многим причинам, включая работы по осевой линии, такие как сверление и нарезание резьбы.
Пример:
G97 S2000 M03;
При переключении между G96 и G97 всегда определяйте скорость шпинделя.
Поскольку команда G50 не работает с G97, необходимо следить за тем, чтобы не была превышена минимально допустимая скорость патрона и приспособления.
Введение в ЧПУ для новичков: настройка параметров GRBL
Обновлено 3 месяца назад от Линн
На основе работ Грэма Блэнда
Вам могут понадобиться:
Введение
Это руководство является частью серии «Введение в ЧПУ для новичков».Наряду с самим руководством для успешного использования этого ресурса вам потребуются сопутствующие файлы, которые вы можете загрузить вместе в виде файла .zip. Включены следующие файлы:
Имя файла | Описание | ||
TracingTest GCode-V2.xlsx | Таблица Excel, которая генерирует простые настройки GCode, используемые в основном для тестирования. здесь уместен тест на ускорение. | ||
AccelTest.nc | Пример файла GCode для испытаний на ускорение | ||
1sainsmart.nc | Пример файла GCode для гравировки’ainsmart ‘, используемого с максимальной скоростью шпинделя 1000 | 902 | Пример файла GCode для гравировки’ainsmart ‘, модифицированного для максимальной скорости шпинделя 8000 |
dragon.nc | Пример файла GCode гравировки дракона с максимальной скоростью шпинделя 1000. | ||
Dragon8000.nc | Пример файла GCode гравировки дракона с максимальной скоростью шпинделя 8000 | ||
LaserAccelerationTest-30.nc | , разработанная для определения сложной формы | эффект увеличения значений ускорения 120-122 $ при использовании лазера. Значения ускорения установлены на 30 мм / сек / сек. | |
LaserAccelerationTest-1000.nc | То же, что и выше, но с ускорением 1000 мм / сек / сек | ||
LaserAccelerationTest-50004 LaserAccelerationTest.nc | То же, что и выше, но с ускорением, установленным на 5000 мм / с / с | ||
SpindleAccelerationTest-30.nc | Рисует более сложную форму, предназначенную для определения эффекта увеличения значений ускорения 120-122 долларов США. при использовании шпиндельного двигателя. Значения ускорения установлены на 30 мм / с / с | ||
SpindleAccelerationTest-1000.nc | То же, что и выше, но с ускорением, установленным на 1000 мм / с / с | ||
SpindleAcceleration 50004 SpindleAcceleration 50004 SpindleAcceleration 5000nc | Как указано выше, но с ускорением, установленным на 5000 мм / сек / сек |
Что это покрывает
В конце страницы конфигурации GRBL написано следующее:
Наконец, настройте параметры, чтобы получить близко к желаемой или максимальной производительности. Начните с того, что убедитесь, что настройки шага / мм по осям 100, 101 и 102 доллара подходят для вашей установки. Это зависит от шага вашего шагового двигателя, микрошагов на вашем драйвере и механических параметров.В Интернете есть несколько ресурсов, чтобы показать вам, как вычислить это для вашей конкретной машины, если производитель вашей машины не предоставил это для вас. Измените настройки ускорения в 12 долларов и максимальной скорости в 11 долларов, чтобы повысить производительность. Установите значение не более 80% от абсолютного максимума для учета инерции, сил резания и уменьшения крутящего момента двигателя в зависимости от скорости. Установите настройки максимального хода в 13 долларов, если вы планируете использовать самонаведение или мягкие ограничения. Рекомендуется ввести что-то примерно близкое к реальному путешествию сейчас, чтобы избежать проблем в будущем.
$ 100-2 уже были рассмотрены в « Введение в ЧПУ для начинающих – Начало работы » вместе с некоторыми другими настройками, поэтому в этом руководстве основное внимание будет уделено настройкам ускорения и максимальной скорости. Также включен раздел скорости шпинделя и некоторые другие советы и рекомендации.
ПРИМЕЧАНИЕ: раздел настроек ускорения продублирован в «Введение в ЧПУ для новичков – настройка лазера». Он снова включен сюда, чтобы подчеркнуть, насколько это важно.
Почему вам стоит беспокоиться?
Те, у кого есть лазер, могут заметить, что концы любой линии обгорели больше, чем середина, а те, кто плохо знаком с лазерами, могут подумать, что это нормально, но это далеко от истины. Время, потраченное на то, чтобы по-настоящему подключиться к своей машине, приносит конечные результаты, а также дает возможность пользователю лучше понять свои машины.
Продолжая приведенный выше пример, проблема сводится к настройкам ускорения в лазере, в частности, параметрам ускорения $ 12x.После того, как вы попробуете различные настройки, вы обнаружите, что, помимо гораздо более чистых строк, время, необходимое для выполнения задания, было значительно сокращено, примерно на 30% в некоторых случаях.
Материнская плата маршрутизатора, вероятно, не была сделана для конкретного маршрутизатора, вместо этого она запрограммирована на лучшую адаптируемость для любого количества платформ. Мы в SainSmart настраиваем некоторые параметры для нашего ЧПУ, но всегда есть возможности для улучшения. Если их правильно сделать, все будет работать намного быстрее без каких-либо нежелательных побочных эффектов.
Просмотр и изменение настроек
Загрузите Candle (доступно другое программное обеспечение, но рекомендуется Candle) на свой компьютер и подключитесь к маршрутизатору. Зайдя в программное обеспечение, найдите поле Console Command и введите « $$ » (без кавычек, конечно) в маршрутизатор, это вернет серию строк $ x = y, где x – номер параметра, а y – текущее значение. Чтобы изменить параметр, отправьте маршрутизатору команду $ x = y, это изменит параметр и сохранит его до тех пор, пока вы не измените его снова.Например, чтобы выключить режим лазера, отправьте « $ 32 = 0».
Настоятельно рекомендуется, чтобы перед тем, как вы начнете вносить изменения, сохранить ваши настройки! Для этого отправьте команду « $$ » и он отобразит все настройки. Скопируйте и вставьте их в текстовый редактор, сохраните файл как .txt и поместите его где-нибудь, где сможете найти, чтобы при необходимости можно было легко вернуться в исходное положение.
$ 120-3 ( Настройки ускорения)
ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОЛЬКО С ЛАЗЕРОМИз руководства по настройке Grbl: 120, 121, 122 доллара – [X, Y, Z] Ускорение, мм / сек ^ 2
Устанавливает параметры ускорения осей в мм / сек. /второй.Проще говоря, более низкое значение заставляет Grbl двигаться медленнее, в то время как более высокое значение дает более крутые движения и намного быстрее достигает желаемых скоростей подачи. Как и при настройке максимальной скорости, каждая ось имеет собственное значение ускорения и не зависит друг от друга. Это означает, что многоосное движение будет ускоряться настолько быстро, насколько это возможно для самой нижней вспомогательной оси.
Опять же, как и при настройке максимальной скорости, самый простой способ определить значения для этой настройки – индивидуально протестировать каждую ось с медленно увеличивающимися значениями до тех пор, пока двигатель не остановится.Затем завершите настройку ускорения со значением на 10-20% ниже этого абсолютного максимального значения. Это должно учитывать износ, трение и инерцию массы. Мы настоятельно рекомендуем вам полностью протестировать некоторые программы G-кода с вашими новыми настройками, прежде чем переходить к ним. Иногда при одновременном перемещении по всем осям нагрузка на вашу машину разная.
Значение по умолчанию должно быть 30 мм / сек / сек, часто выражается как мм / сек2, они оба означают одно и то же.
Если вы представите себе резку прямой линии, начиная с состояния покоя, Grbl использует значения ускорения для управления увеличением скорости шпинделя до желаемой скорости подачи и для замедления к концу линии.
Выше показано влияние значений ускорения на время, необходимое фрезеру для набора скорости в зависимости от скорости подачи, при условии, что шпиндель или лазер вначале находятся в состоянии покоя. Таким образом, если вы запустите линию из состояния покоя со скоростью подачи 1000, потребуется секунда, прежде чем она наберет полную скорость. В таком случае неудивительно, что ожог тяжелее!
Grbl действительно включает компенсацию этого, когда установлен режим лазера, но это действительно может быть сделано с дальнейшей настройкой. Эти настройки определяют ТОЛЬКО ускорение шпинделя, позволяя шпинделю достигать заданной скорости вращения совершенно отдельно.Подумайте о том, чтобы сделать “воздушный разрез” на несколько миллиметров до контакта с заготовкой, шпиндель уже будет вращаться на полной скорости и двигаться с заданной скоростью, прежде чем столкнется с заготовкой. Помните, что плата могла пытаться переместить двигатель большого шпинделя для более крупных машин.
Кроме того, насколько быстро ось может быть ускорена с помощью шагового двигателя, это не должно влиять ни на что другое. Следует отметить, что если вы не перемещаете шпиндель только по одной оси за раз, значения ускорения по всем осям, по которым он движется, будут влиять друг на друга. Представьте движение на 45 ° по осям X и Y, шпиндель может быть ускорен только с минимальной скоростью из ускорений X и Y, чтобы линия оставалась прямой. Последняя мысль заключается в том, что массы шпинделя и крепления, станины + зажимов и ложи, вероятно, будут разными, что влияет на ускорение, так же, как по оси Z при движении вверх необходимо поднять массу двигателя шпинделя и установить его, двигаясь. вниз должно быть легче.
В связанном Zip-файле в верхней части этого руководства вы можете опробовать несколько различных значений ускорения и найти тот, который вам больше всего подходит, но для тех, кто не хочет экспериментировать, попробуйте установить значения 120-122 долларов на 5000. для номинальных результатов.
Tracing Test & the SpreadSheet
Один из прикрепленных файлов представляет собой электронную таблицу, способную генерировать Gcode для вариантов изображения ниже:
По умолчанию он имеет квадрат 20 мм и смешивает горизонтальные, вертикальные, диагональные и круговые движения. G0 (быстрые движения без резания) и G1 (движения резания), поэтому должно быть довольно легко увидеть, останавливаются ли шаговые двигатели и пропускают ли шаги по смещению линий. Стоит отметить, что круг лишь приблизительно выровнен с линиями, поэтому не волнуйтесь, если он покажется немного неправильным.
Ряд из них не может быть вырезан в одном файле .nc как объекты Grbl с различными параметрами, такими как 120 долларов в середине файла GCode. Вместо этого файл «LaserAccelerationTest-xxx.nc», созданный из электронной таблицы, просто устанавливает значения ускорения (120–122 долл. США) на xxx и рисует одну форму, а затем размещает лазер, готовый запустить другую, справа от нее.
Также предоставляется множество файлов .nc для тестирования с помощью шпиндельного двигателя и гравировального или V-образного бита, это SpindleAccelerationTest-xxx.nc
Если вы хотите, чтобы ваши собственные значения в файле .nc для ваших собственных тестов, либо отредактируйте один из файлов .nc, чтобы изменить строки $ 120-122 между каждым полем, либо полностью удалите эти строки и измените настройки перед каждым запуском вручную, используя консольные команды. Использовать электронную таблицу проще, но вам потребуется MS Excel.
Для настройки вам необходимо:
1. Установить исходную позицию WCS.
2. Запустить программу.
3. Загрузите следующий файл .nc с более высокими значениями ускорения.
4. Повторить.
Исходная точка WCS для этого находится внизу слева. Любые пропущенные шаги будут накапливаться и должны быть легко заметны.
Это будет проверять только оси X и Y, но это должно быть хорошим началом. Вот результаты: Сверху слева значения ускорения составляют 30,60,120,200,500, затем во второй строке 750, 1,000, 5,000, 10,000 и 100,000.
Рассматривая это, при значении по умолчанию 30 мм / сек2 выжигаются все вершины, включая круг (который начинает прорезаться в середине слева).При ускорении 500 мм / сек2 (вверху справа) все это в значительной степени исчезло, и рез стал намного чище. 5,000 мм / сек2: последние остатки более толстой линии слева от круга исчезают. С этого момента для этого теста нет реальной заметной разницы. Очень важно отметить, что при любой настройке не было перекоса линий, что означает отсутствие пропущенных шагов!
$ 110-2 (Максимальная скорость подачи)
Из руководства по настройке Grbl: 110, 111 и 112 долларов – [X, Y, Z] Макс. Скорость, мм / мин.
Устанавливает максимальную скорость, с которой каждая ось может перемещаться.Всякий раз, когда Grbl планирует движение, он проверяет, приводит ли это движение к превышению максимальной скорости какой-либо из этих отдельных осей. Если это так, он замедлит движение, чтобы ни одна из осей не превысила свои максимальные пределы скорости. Это означает, что каждая ось имеет свою собственную независимую скорость, что чрезвычайно полезно для ограничения обычно более медленной оси Z.
Самый простой способ определить эти значения – проверить каждую ось по очереди, медленно увеличивая настройки максимальной скорости и перемещая ее. Например, чтобы проверить ось X, отправьте Grbl что-то вроде G0 X50 с достаточным расстоянием перемещения, чтобы ось разгонялась до максимальной скорости.Вы узнаете, что достигли максимального порога скорости, когда ваши степперы остановятся. Это будет немного шуметь, но не повредит ваши моторы. Введите настройку на 10-20% ниже этого значения, чтобы вы могли учесть износ, трение и массу заготовки / инструмента. Затем повторите для других осей.
ПРИМЕЧАНИЕ. Этот параметр максимальной скорости также устанавливает скорость поиска G0.
Значения по умолчанию: 110 = 1000, 111 = 1000, 112 = 800 мм / мин.
У оси Z более низкое значение по умолчанию?
В документации говорится, что он «обычно медленнее», но на 3018-PRO и PROVer он имеет одинаковый шаг на резьбовом стержне и тот же шаговый двигатель и драйвер двигателя, поэтому его нельзя применять.Скорость движения по оси Z обычно соответствует скорости погружения – скорости, с которой долото направляется прямо в заготовку.
Слишком быстро было бы плохо, но помните, что это максимальные скорости; они не будут иметь ни малейшего значения, если ваш GCode не укажет скорость подачи больше максимальной, в этом случае вместо нее будет использоваться максимальная скорость подачи.
Простой тест скорости подачи
Максимальная скорость подачи – это скорость, с которой маршрутизатор может перемещать одну или несколько осей без пропуска шагов двигателя.Итак, вот способ узнать, что это:
1. Откройте Candle и подключитесь к маршрутизатору.
2. Установите для значений $ 110-2 какое-то высокое значение, 3000 должно быть достаточно, отправив маршрутизатору $ 110 = 3000 $ 111 = …….. как отдельные команды. Если вы этого не сделаете, существующие максимальные настройки федерации переопределят любые более высокие значения, что сделает этот тест бесполезным.
3. Расположите шпиндель где-нибудь ближе к середине по всем осям.
4. Установите Jog Step на 10 мм, другие значения подходят и работают, но 10 мм достаточно.
5. Установите для скорости толчковой подачи значение для тестирования, я предлагаю начать с 1500 и для начала увеличивать через 100.
6. Теперь бегите влево, затем вправо (или вправо, затем влево, это не имеет значения) и посмотрите, что произойдет.
7. Если все работает нормально, никаких забавных шумов и, что более важно, шпиндель движется, как ожидалось, увеличьте скорость подачи и попробуйте еще раз. В конце концов, когда скорость подачи увеличивается, вы услышите скрипящий звук шагового двигателя, и ось не будет двигаться должным образом.Вы превысили подачу на оси!
8. Повторите действия для осей Y и Z.
Некоторые примечания по этому поводу:
- Запишите число или попробуйте разные скорости подачи между последним сработавшим значением и тем, которое не удалось. Затем запишите наибольшее число, которое работало с осью, которую вы тестировали.
- Здесь не важно быть точным, поскольку, когда этот процесс будет завершен, мы собираемся применить запас прочности, поэтому не очень важно, 2249 или 2251.
Это значения, которые были установлены при составлении данного руководства:
Чтобы определить максимальную скорость подачи, вы должны взять наименьшее значение, умножить его на 0,8, чтобы уменьшить на 20% в целях безопасности. Теперь округлите его до удобного числа, например 2000 вместо 2014.95
Это ваше новое максимальное федеративное значение, установите его, отправив на маршрутизатор 110 долларов = гггг, затем 111 долларов = гггг, затем 112 долларов = гггг. Теперь в качестве заключительного теста переместите шпиндель до (близких) пределов перемещения по всем осям, никаких проблем быть не должно.
Для тех, кто не хочет экспериментировать, окончательные значения для $ 110–112 составили 1600 мм / мин.
30 долларов и 31 доллар (об / мин шпинделя)
Из руководства по настройке Grbl: 30 долларов – максимальная скорость шпинделя, об / мин
Устанавливает скорость шпинделя для максимального выходного сигнала 5 В ШИМ. Например, если вы хотите установить 10000 об / мин при 5 В, запрограммируйте 30 долларов = 10000. Для 255 об / мин при 5 В запрограммируйте 30 долларов США = 255. Если программа пытается установить более высокую частоту вращения шпинделя, превышающую максимальную скорость шпинделя 30 долларов, Grbl просто выдаст максимальное значение 5 В, поскольку оно не может работать быстрее.По умолчанию Grbl линейно связывает макс-мин обороты с выходом 5V-0,02V PWM с 255 равными интервалами. Когда вывод ШИМ показывает 0 В, это означает, что шпиндель отключен. Обратите внимание, что в config.h доступны дополнительные параметры конфигурации, позволяющие настроить его работу.
$ 31 – Мин. Скорость шпинделя, об / мин
Устанавливает скорость шпинделя для минимального выходного сигнала ШИМ 0,02 В (0 В отключен). Grbl принимает более низкие значения числа оборотов в минуту, но выходное напряжение ШИМ не опускается ниже 0,02 В, за исключением случаев, когда число оборотов равно нулю.Если ноль, шпиндель отключен и выход ШИМ равен 0 В.
ПРИМЕЧАНИЕ. Упомянутые здесь 0,02 В и 5 В – это выход процессора Arduino, который работает при 0-5 В, на материнской плате маршрутизатора он затем подается на «усилитель», который преобразуется в 0-24 В, подаваемое на шпиндель. мотор. Просто упомянув об этом.
Значения по умолчанию: 30 долл. США = 1000, 31 долл. США = 0 об / мин.
Максимальная скорость шпинделя – 30 долларов США
Прежде всего, изменение максимальной скорости шпинделя не заставит ваш шпиндель вращаться быстрее!
Скорость шпинделя контролируется ШИМ или широтно-импульсной модуляцией .Это процесс очень быстрого включения и выключения электрического выхода для имитации выходной мощности или напряжения, это то, что приводит в действие двигатель шпинделя или лазер.
Когда он полностью включен, питание на 100% эквивалентно 24 В, когда оно все выключено, питание равно нулю, что эквивалентно 0 В. Если посередине, то половину времени он включен, а вторую половину выключен, так что это будет 50% мощности, что эквивалентно 12 В. Материнская плата Grbl может изменить это в общей сложности 255 шагов от 0, который всегда выключен, до полного включения.Таким образом, если максимальная скорость шпинделя равна 1000, тогда «скорость» будет увеличиваться с шагом примерно 4 об / мин.
Почему максимальная скорость шпинделя обычно установлена на 1000?
Grbl был разработан как небольшой и дешевый контроллер с ЧПУ, он до сих пор остается.
Не зависит от производителя, марки или модели. Таким образом, он имеет набор значений для таких параметров, которые по умолчанию установлены на консервативной стороне, поэтому 1000 было выбрано в качестве значения по умолчанию для скорости шпинделя.
Большинство людей не меняют эти значения, их больше интересуют результаты, и почти для всех измерение фактических скоростей шпинделя, достигаемых их станком, не является вариантом. Вы можете сравнить его со спидометром в вашей машине, откалиброванным в км / ч или миль / ч. Скорость, с которой вы путешествуете, такая же, просто другое число!
Таким образом, 1000 – это фактическое стандартное значение, а «стандартный» двигатель шпинделя на 3018-PRO на полной мощности (24 В) вращается со скоростью чуть более 8 200 об / мин без нагрузки.
В этом случае есть несколько плюсов и минусов для изменения значения:
- Облегчает понимание того, что на самом деле происходит.(+)
- При использовании калькулятора или направляющей скорости и подачи следует использовать фактическое число оборотов в минуту. (+)
- Это упрощает переносимость GCode между машинами, если я хочу, чтобы скорость шпинделя была 4000, я могу установить ее на это, если у другой машины есть более быстрый или медленный двигатель, тогда частота вращения останется прежней (+)
- Многие файлы Gcode предполагают, что S1000 – это максимальное число оборотов в минуту. (-)
- Другие могут сгенерировать GCode с тем же предположением (Виновен, как и предъявлено обвинение) (-)
- Это также влияет на мощность лазера (-)
Вместо того, чтобы улучшать что-либо в отношении производительности, это больше вопрос личных предпочтений. Если вы хотите иметь возможность устанавливать скорость вращения шпинделя с помощью об / мин, измените значение 30 долларов на 8000 и убедитесь, что максимальная мощность лазера установлена такой же в любом программном обеспечении, которое я могу использовать для генерации кода GCode для лазера. Но в противном случае оставьте его в покое, так как вы, вероятно, уже привыкли, что он в любом случае равен 1000.
Минимальная скорость шпинделя – 31 доллар США
Устанавливает скорость, ниже которой шпиндель будет вращаться с минимальной возможной скоростью вращения. Как упоминалось ранее, контроллер изменяет скорость в несколько шагов, все, что ниже этого значения (исключая 0), будет вращать шпиндель с минимально возможной скоростью. Нет необходимости менять это.
Как на лазер влияют 30 и 31 доллар
Многие пользователи часто меняют местами двигатель шпинделя и лазерный модуль, поэтому хорошо иметь набор настроек, которые работают с обоими. По общему признанию, режим Laser (32 доллара США) нужно менять каждый раз, но нет необходимости полностью перенастраивать все каждый раз, когда вы их меняете.
У лазера нет числа оборотов в минуту, только настройка мощности. «Стандарт» GCode отказался от команды скорости шпинделя для управления мощностью лазера.Таким образом, GCode S500 со шпинделем должен означать 500 об / мин, если вы используете лазер, тогда мощность лазера будет установлена в соответствии с процентным соотношением от настройки 30 долларов США. Если 30 долларов = 1000, тогда настройка мощности лазера будет 500/1000 = 50%, если 30 долларов = 8000, тогда настройка мощности лазера будет 500/8000 = 6,25%. Большая разница!
Вам необходимо убедиться, что любое программное обеспечение, которое вы используете для генерации GCode, имеет такую же настройку максимальной мощности, что и значение 30 долларов.
130-2 долл. США (настройки максимального хода)
Из руководства по конфигурации Grbl: 130 долл. США, 131 долл. США, 132 долл. США – [X, Y, Z] Максимальный ход, мм
Устанавливает максимальный ход от конца до конца для каждой оси в мм.Это полезно только в том случае, если у вас включены мягкие ограничения (и возвращение в исходное положение), так как это используется только функцией мягкого ограничения Grbl, чтобы проверить, не превысили ли вы пределы своего станка с помощью команды движения.
НО В описании цикла самонаведения также говорится:
Наконец, убедитесь, что ваши настройки максимального хода в 13 долларов несколько точны (в пределах 20%), потому что Grbl использует эти значения, чтобы определить, как далеко он должен искать переключатели самонаведения.
По сути, эти настройки используются только в том случае, если у вас есть конечные остановки и исходное положение.Если это так, то вам нужно установить их в пределах вашей машины.
Кажется, они используются для двух целей.
1. Как далеко машина может пройти при попытке найти исходное положение во время цикла возврата в исходное положение.
2. Как только начальное положение задано, машина может двигаться, когда включены мягкие ограничения.
Значения для второй цели должны быть точными. Они должны учитывать исходное положение, величину хода, которую принимают сами концевые выключатели, это связано с их положением и значением «возврата», которое машина использует после срабатывания переключателя.
Вкратце
Значение | Значение | От | До | Преимущества / эффекты |
5000 | Сокращенное время работы и более чистые лазерные линии. Больше ни на что не влияет. | |||
110-112 долларов США | Макс.скорость подачи | 1000 | 1600 | Если хотите, можете пойти быстрее.Больше ни на что не влияет. |
$ 30 | Макс.скорость шпинделя | 1000 | 8000 | Более точный, можно использовать скорость и проще объединить. НО это влияет на импортированные настройки программного обеспечения GCode и CAM, особенно для лазера. |
$ 32 | Режим лазера | 0-1 | 0-1 | Установите на 1, когда используется лазер, установите на 0, когда двигатель шпинделя работает использовал. |
$ 130-2 | Макс. Ход | 200/200/200 | 290/170/40 | Не используется без набора самонаведения. |
Скорость вращения шпинделя заставит вашу голову кружиться
Как только вы думаете, что все это выяснилось, появляются улучшенные инструменты и более быстрые шпиндели, которые бросают вызов арифметике скорости и создают новые нормы. Например, несколько производителей теперь предлагают шпиндели, которые могут работать почти в два раза выше максимальной скорости, к которой мы привыкли.
В конце прошлого года немецкий производитель Precision Drive Systems представил новый шпиндель, который вращается со скоростью 40 000 об / мин вместо стандартных 24 000 об / мин. Хотя PDS не был первым производителем, который сделал это, производитель платформ с ЧПУ AXYZ International назвал это «следующим шагом в процессах высокоскоростной обработки». По словам компаний, шпиндель, названный XLC70, представляет собой быстросъемное устройство мощностью 3 л.с., которое предназначено для поддержания высокого качества обработки кромок при увеличении числа оборотов (не обязательно производства) на 67 процентов.Но скорость резки может быть здесь не единственным преимуществом: качество многих резов, по-видимому, также становится немного лучше, особенно для вывески и производителей мебели, которые занимаются фрезеровкой пластмасс, акрила и цветных металлов.
Что особенно хорошо в XLC70 и некоторых других моделях, так это то, что они не нуждаются в водяном охлаждении. Обладая рейтингом S1 от IEC, он может работать на полную мощность в течение всего дня, используя для охлаждения сжатый воздух. Заказчики могут указать шпиндель PDS XLC70 на всех станках серии Pacer и Trident от AXYZ, с автоматической сменой инструмента или без нее.Кроме того, шпиндель доступен для модернизации существующих станков в зависимости от спецификации.
Скорость растет везде. Например, в каталоге Colombo USA (www.colombospindles.com) имеется довольно много шпинделей с частотой вращения 40 000 об / мин, многие из которых имеют воздушное охлаждение (например, модели RC 73 с автоматической заменой на 2 и 3 л.с.). Colombo, подразделение Милана, итальянская компания Elettromeccanica Giordano Colombo, также предлагает меньший шпиндель цангового типа (RC55), максимальная частота вращения которого составляет 40 000 об / мин, а также охлаждение сжатым воздухом.
Независимо от того, стоит ли вам переходить на более быстрые шпиндели, требуется много внимания и, возможно, долгих разговоров с вашим представителем ЧПУ. Некоторые из вопросов могут включать в себя вопрос, что более быстрая революция может означать как для вашего существующего инструмента, так и для качества деталей. Отличным местом для проведения такой встречи будет IWF в Атланте (24-27 августа), где владелец или менеджер столярного цеха сможет встретиться почти со всеми крупными производителями и запросить информированное мнение о тенденции к более высоким скоростям.Суть в том, что более быстрые шпиндели, вероятно, означают более короткое время производства, но могут быть некоторые недостатки.
Ограничения скорости
Скорость шпинделя (измеряемая в оборотах в минуту или об / мин, также широко известная как «скорость резания») является наиболее важным фактором при определении того, как долго фреза будет сохранять свою кромку. Если число оборотов слишком велико для металлургии и массы инструмента, то тепло накапливается слишком быстро, и тонкая кромка становится хрупкой и быстро тускнеет.Переход на шпиндель, который почти вдвое увеличивает скорость, почти наверняка будет означать, что нужно изменить что-то еще. Либо нужно обновить инструмент (например, больше или меньше канавок, другой твердый сплав), либо уменьшить глубину резания, либо, возможно, нужно уменьшить скорость подачи (скорость, с которой шпиндель движется по заготовке). вниз или ускориться. Все эти переменные могут быть частью разговоров с производителями оборудования на торговой выставке. Это также вопросы, которые можно обсудить на онлайн-форумах или с другими владельцами / менеджерами магазинов, которые уже сделали шаг.
Большинство производителей шпинделей могут указать имена клиентов, которые готовы ответить на ваш звонок и ответить на некоторые вопросы. Самая большая проблема заключается в том, что нет простых ответов, потому что индивидуальные мастерские по дереву подвержены очень многим переменным. На некоторых рынках профили, выбранные дизайнерами, являются тонкими и аккуратными, в то время как на других можно использовать фрезу для фрезерования очень сложной декоративной лепки или кромки. Некоторые магазины работают почти исключительно с МДФ, в то время как другие просят свои инструменты и шпиндели обрабатывать дюжину различных пород древесины.Поэтому трудно сказать, являются ли более быстрые веретена разумным решением для какого-либо конкретного цеха.
Подача – важный фактор в сохранении кромки, и необходимо выяснить влияние более быстрого шпинделя на это. Самый большой вопрос в производственной работе – решить, с какой скоростью может двигаться шпиндель, не подвергая сверло так много, что оно либо перегреется, либо застрянет. Слишком большая поспешность обычно приводит либо к поломке инструмента, либо к образованию сколов, а это означает переделку деталей или отключение для повторной настройки.Слишком большая нагрузка на двигатель шпинделя также может быть дорогостоящей, особенно со временем.
И дело не только в скорости: слишком медленная подача с более быстрым шпинделем также является потенциальной проблемой. Отсутствие скорости не только заставляет работать в цехе, но и заставляет инструмент сжигать древесину, особенно на поворотах и углах, потому что он слишком долго трется в одном месте и нагревается. И чипы тоже становятся больше. Фактически, слишком медленное движение (будь то скорость шпинделя или скорость подачи) иногда может быть сложнее для инструментов, шпинделей и двигателей, чем слишком быстрое движение.Есть окно, в котором нужная скорость, подача, инструменты и материалы поют одну и ту же песню. Это не очень широкое окно, и это тоже не точная формула, а скорее узкий диапазон.
Здесь играет роль множество факторов. Например, размер профиля является ключевым: для сверл большего диаметра требуется меньшая скорость, поэтому при фрезеровании большого количества декоративных кромок может потребоваться рассмотреть, какое преимущество высокоскоростной шпиндель дает столу. С другой стороны, мастерская, работающая с более мягкими, менее смолистыми материалами и занимающаяся чем-то менее ударным, например гравировкой, может найти значительное улучшение в более быстром шпинделе.
Мощность шпинделя также учитывается. При достаточной мощности скорость подачи становится немного менее критичной. Например, PDS предлагает шпиндель XLerator со скоростью до 40 000 об / мин и мощностью до 56 л.с. Такой тип мышц, конечно, работает в полностью автоматизированном процессе, где допуски очень предсказуемы и легко анализируются. Но в конфигурациях небольшого цеха с очень низким диапазоном от 2 до 5 л.с. скорость подачи может быть весьма резкой, и небольшое отклонение может иметь серьезные последствия.
Пневматические амортизаторы
Помимо скорости, еще одним аспектом шпинделей, который может достичь некоторых технических достижений в ближайшем будущем, является точность. В течение последних нескольких десятилетий несколько компаний работали над созданием шпинделей с пневмоприводом, в которых струя сжатого воздуха используется вместо физических подшипников для амортизации движущихся частей и обеспечения более плавного хода.
«Азом» (www.azom.com) – это издательское средство, используемое учеными-материаловедами для обмена информацией. Он базируется в Манчестере, Англия, и возглавляется командой британских, канадских и австралийских университетских профессоров.В недавнем сообщении доктора Ральфа Дюпона, президента немецкого производителя Levicron GmbH, команда Azom обсуждала разработки в этой области. В частности, речь шла о технологии, лежащей в основе бесконтактных (воздушных или «аэростатических») подшипников Levicron. Изначально компания начала обсуждение на своем веб-сайте с заявления: «При отсутствии контакта металл-металл большинству инженеров трудно поверить в то, что бесконтактный подшипник может быть таким же прочным и жестким, как роликовый подшипник. и в то же время еще точнее и быстрее.”
Нетрудно поверить, что большинство высокоскоростных двигателей, включая шпиндели для деревянных мастерских, испытывающие поперечное (поперечное) напряжение, скоро будут изготавливаться без каких-либо металлических подшипников и без какого-либо физического контакта между валом и корпусом. По сути, именно это уже происходит со многими системами жидкостного охлаждения. Но даже это низкоуровневое жидкостное трение можно устранить с помощью нового поколения шпинделей для аэростатических инструментов, разработанного Levicron. Ключом к этой технологии являются струи сжатого воздуха или газа, проходящие через цилиндр, которые создают восстанавливающую силу, которая перемещает даже самый малый эксцентричный вал обратно в центр.Чем точнее концентричность (чем меньше шатание), тем быстрее шпиндель может вращаться без трения или нагрева.
Levicron уже производит модели, способные развивать скорость до 100 000 об / мин. И хотя его аэростатические шпиндели создают волны в производственных процессах на базе ЧПУ, требующих высочайшего уровня точности (например, линзы камер и оптические компоненты), может пройти некоторое время, прежде чем они попадут в деревообрабатывающие цеха.
Для среднего столярного цеха инвестировать в сверхточные аэростатические шпиндели, вероятно, не будет иметь большого смысла с точки зрения бюджета.Но руководители производственных цехов, которые производят детали для высокотехнологичных компонентов, могут захотеть время от времени проверять их прогресс. Без какого-либо трения эти шпиндели с пневмоподвеской могут прослужить очень долго.
Эта статья впервые появилась в номере за август 2016 года.
Подробное руководство по ускорителям шпинделя, увеличителям скорости и высокоскоростным приспособлениям
Нужны ли вам ускорители шпинделя, увеличители скорости или приспособления для высокоскоростного шпинделя?
Шпиндели, усилители скорости и высокоскоростное навесное оборудование могут стать идеальным средством от проблемы, с которой вы будете сталкиваться на удивление часто.Как я покажу через мгновение, они могут увеличить пропускную способность вашей машины в 5 раз и более при определенных обстоятельствах, так что их стоит проверить.
Предположим, вы только что получили новую работу, связанную с небольшими резчиками. Возможно, это деталь с мелкими деталями (например, небольшими отверстиями). Возможно, это работа по гравюре. Возможно, вам нужно сделать очень тонкое 3D-профилирование, и резак большего размера просто не подойдет.
Между тем, ваш фрезерный станок имеет максимальную скорость шпинделя 6000 об / мин.Ух, эти маленькие резаки будут жить вечно, если мы не сможем крутить их быстрее!
Вы видели эти сказочные фотографии машин со сверхвысокими шпинделями, которые гудят сквозь материал, как масло?
Вот один из моих любимых, показывающий станок Datron для резки алюминия:
Я уже писал о Datron раньше (что, если бы Porsche производил станки с ЧПУ?), И высокоскоростные шпиндели определенно являются частью того, что делает их такими замечательными.
Но что делать, если у вас нет станка с высокоскоростным шпинделем?
Именно тогда скорость вращения шпинделя, устройство увеличения скорости или высокоскоростное шпиндельное приспособление могут победить. Они позволяют поднять скорость шпинделя вашего существующего станка до высоких скоростей.
Зачем увеличивать скорость вращения шпинделя?
Давайте рассмотрим действительно недорогой пример. Мы собираемся рассмотреть влияние болтовых соединений на дешевый вспомогательный высокоскоростной шпиндель в виде присоединения маленького шпинделя Кресса к фрезерному станку с ЧПУ Tormach:
Шпиндель Kress, закрепленный на главном шпинделе Tormach…
Вроде не так уж много, правда?
Мы воспользуемся нашим калькулятором подачи и скорости G-Wizard, чтобы увидеть влияние наличия дополнительных оборотов в минуту.Вот дополнительный профиль, который я создал для шпинделя Kress:
Kress Профиль станка шпинделя…
Шаги, необходимые для создания этого профиля, были простыми. После перехода на вкладку настройки:
1. Выберите профиль станка Tormach 1100
2. Измените название на Tormach 1100 Kress Spindle
3. Сохранить. Теперь у вас есть как обычный шпиндель 1100, так и шпиндель Kress, который вы можете использовать по своему усмотрению
.4. Измените шпиндель на «Другой» вместо R8
5 Установка мин. / Макс. Об / мин
6.Комплект мощностью 0,420 кВт
7. Сохранить
Готово!
Кстати, создание такого профиля – хороший способ оценить альтернативы и посмотреть, насколько хорошо они подходят для вашей работы. Посмотрите, какой вариант шпинделя заказать с вашим новым VMC. Ознакомьтесь с такими вариантами, как охлаждающая жидкость под высоким давлением, и посмотрите, что они могут сделать для вашей производительности. G-Wizard идеально подходит для таких вещей.
Рассмотрите возможность использования Tormach без вспомогательного шпинделя. Давайте сделаем рез с помощью концевой фрезы 1/16 дюйма в главном шпинделе Tormach на акриле:
Крошечный резак выходит 0.0239 кубических дюймов в минуту MRR…
Это не очень резкий рез – крошечный резак вынимает 0,0239 кубических дюймов в минуту. Скорость съема материала. Мы используем лишь часть доступной мощности, но это все, что мы можем сделать, потому что обороты двигателя превышены.
Теперь попробуем такой же крой с профилем Kress:
Мы все еще можем двигаться быстрее, чем 29 000 об / мин, но Kress дает 0,1359 куб. Дюйм / мин MRR– , почти в 6 раз больше, чем базовый Tormach !
И угадайте что, это сокращение требует еще больше оборотов, если бы оно было доступно.
Итак, если вам интересно, почему люди привязывают фрезерные станки, дремели и другие безумные вещи к гораздо более дорогим станкам – теперь вы знаете. Если вы работаете с концевыми фрезами меньшего размера для обработки мягких материалов, они могут существенно повлиять на вашу производительность.
Получите бесплатную пробную копию G-Wizard и играйте с числами самостоятельно, мы подождем:
Но есть несколько способов переоборудовать существующую машину для более высокой скорости вращения. Давайте посмотрим, как это делается.
Ускорения, увеличители и умножители шпинделя
Ускорители шпинделя, также называемые усилителями шпинделя или мультипликаторами шпинделя, выглядят как инструмент. Они входят прямо в конус шпинделя, и многие из них могут даже поместиться в устройство смены инструмента. Бывают двух типов – трансмиссионная и воздушная турбина. Типы трансмиссии используют либо зубчатую, либо ременную передачу для увеличения скорости, которую в него подает имеющийся шпиндель. Пневматическая турбина питается от линии сжатого воздуха, а имеющийся шпиндель остается неподвижным во время работы.В обоих случаях имеется смещающий штифт, который не позволяет корпусу шпинделя вращаться.
В этом видео показано, как установить и запустить Speeder head Tormach:
Это трехкратный множитель, поэтому, если вы запускаете шпиндель со скоростью 5000 об / мин, инструмент вращается со скоростью 15000 об / мин.
Турбинные спидерыобычно работают еще быстрее. Вот модель CAT 40, выполняющая непрерывное 3D-профилирование при 40 000 об / мин:
И ускорители шпинделя, и воздушные турбины могут быть чрезвычайно эффективными аксессуарами для повышения производительности вашего станка с ЧПУ при работе на высоких оборотах.Однако оба относительно дороги. Более дешевая альтернатива – прикрепить автономный высокоскоростной шпиндель к имеющемуся шпинделю.
Приставки и надстройки высокоскоростного шпинделя
Типичными кадидатами насадки являются небольшие фрезерные станки и электрические шпиндели типа Dremel. Мы писали об удивительных бейджах для автомобилей, которые Остин Барнетт сделал с помощью фрезерного станка, прикрепленного к его ЧПУ Bridgeport. С тех пор он создал специальный станок со встроенным высокоскоростным шпинделем, но он сделал много деталей с помощью дополнительного шпинделя.
Вот некоторые типичные значки кастомных автомобилей:
А вот и Бриджпорт с дополнительным шпинделем:
Сделать такую установку довольно просто. Вот несколько примеров, которые вы можете просмотреть, если хотите изготовить собственное высокоскоростное шпиндельное приспособление:
Присоединение пневматической шлифовальной машины в качестве шпинделя для гравировки…
Этот парень сделал держатель фрезы для своей коленной фрезы с ЧПУ, в которой для поддержки фрезы используется держатель конической гильзы №40 с одной стороны и вал с линейным подшипником с другой.Линейный подшипник необходим, потому что фрезерный станок перемещается вверх и вниз по оси Z при перемещении пиноли:
Как видите, работает неплохо!
Мне нравится идея, что вы можете быстро отсоединить эту установку от мельницы, вытащив держатель кожухной мельницы и отвинтив зажим линейного подшипника. Для моей мельницы я бы не использовал перо, поэтому вал просто прижимался к головке мельницы непосредственно для поддержки.
Я впервые увидел это на ручном фрезерном станке:
Он использует малую 1.Концевая фреза 5 мм для вырезания шестигранного отверстия в заготовке, а не протяжки.
Установите высокоскоростной шпиндель внутри главного шпинделя с гибким валом
Вот одна из самых умных идей. Этот парень построил свой высокоскоростной шпиндель, чтобы его можно было установить внутри главного шпинделя:
Мне кажется, в шпинделе R8 должно быть достаточно места, чтобы делать что-то подобное. Трес умный!
Я слышал много хорошего об этих Bosch Colts…
Proxon на Тормахе.Я бы побеспокоился об отверстиях для охлаждения воздуха, которые находятся близко к заливной охлаждающей жидкости!
Недавно я получил очень красивую записку и фотографии от Кевина в Порт-Харди, Британская Колумбия, Канада:
Недавно я наткнулся на вашу веб-страницу, просмотрел ее и стал большим благотворителем. Я преподаю в средней школе, не имея большого опыта работы с фрезерными станками с ЧПУ, и считаю, что G-Wizard мне очень помогает. Это как раз то, что нужно мне и моим ученикам. Также мне помогли идеи проектов, которые вы собрали, в частности кольцо охлаждающей жидкости и высокоскоростной шпиндель, две проблемы, которые я пытался решить, так как мы много гравировали, и максимальная скорость 3000 об / мин на моем станке Microkinetics – это все, что я могу делать.Что ж, в эти выходные я построил отличное кольцо для охлаждающей жидкости и высокоскоростной гравер, и в дополнение к вашему программному обеспечению сделал лучшие гравюры, которые я сделал на сегодняшний день (и такие мелкие детали). Я включил несколько изображений кольца на случай, если вы захотите разместить их на своей веб-странице, чтобы другие могли их увидеть и получить идеи. О, P.S. Я использую Rhino и Rhinocam для всей своей работы, мне это нравится, и приятно видеть другого пользователя Rhino (если я не ошибаюсь, но все ваши рисунки выглядят как рисунки носорога).
Спасибо, Кевин, за добрые слова и за то, что поделились своим проектом.Мне нравится идея сочетания высокоскоростного гравировального шпинделя и охлаждающего кольца в одном устройстве. Я знаю, что вы и ваши ученики сделаете намного больше интересных проектов с этим новым замечательным дополнением для вашей фабрики.
Присоединяйтесь к более чем 100 000 ЧПУ! Получайте наши последние сообщения в блоге, которые доставляются прямо на ваш почтовый ящик один раз в неделю бесплатно. Кроме того, мы предоставим вам доступ к некоторым отличным справочным материалам для ЧПУ, включая:
Аналитический метод выбора параметров изменения скорости шпинделя для подавления вибрации при обработке с ЧПУ
Непрерывный подвод энергии является необходимым условием для возникновения вибрации.Процесс подачи энергии в вибрирующую систему и то, как его прерывать резкой с переменной скоростью, был проанализирован ниже. Введение в фазовую задержку реализовало аналитический метод выбора параметров изменения скорости.
По правилам энергетического анализа, эта работа проводилась при следующих допущениях [20]:
• Система механической обработки вибрирует с частотой ω.
• Система обработки имеет небольшую синусоидальную вибрацию в процессе вибрации, т.е.е. xt = a0cosωt.
3.2. Энергозатраты в процессе резания с различной скоростью шпинделя
Целью изменения скорости шпинделя после возникновения вибрации является нарушение процесса ввода энергии, а затем подавление вибрации конструкции. Когда скорость шпинделя изменяется, временная задержка τ между двумя последовательными проходами должна быть заменена временной переменной τt, а фазовая задержка β – βt. Уравнение. (5) указывает, что изменение фазовой задержки βt напрямую влияет на подвод энергии системы, и этот процесс ввода энергии может быть приостановлен, когда фазовая задержка βt изменяется на стабильные зоны.Таким образом, можно сказать, что параметры изменения скорости вращения шпинделя косвенно влияют на эффективность подавления вибрации, влияя на изменение фазовой задержки.
В этой статье рассматривалось периодическое изменение скорости шпинделя, т.е. скорость шпинделя периодически модулировалась в соответствии с заданным диапазоном A и временем ускорения / замедления T. Для удобства изучения влияния ускорения скорости шпинделя на эффективность подавления вибрации, треугольная форма волны В данной работе анализировалось изменение скорости шпинделя, как показано на рис.2. Треугольная модуляция с такими же динамическими характеристиками шпинделя обеспечивает большее ускорение скорости вращения шпинделя, чем другие [21], такие как синусоидальная, случайная и прямоугольная модуляция.
Рис. 2. Связь между фазовой задержкой βt и скоростью шпинделя Nt
Как показано ниже, была проанализирована характеристика изменения задержки фазы во время резания с переменной скоростью. Во-первых, обсуждалась взаимосвязь между средней подводимой энергией и диапазоном изменения фазовой задержки.Кроме того, он был расширен для анализа взаимосвязи между средней потребляемой энергией и параметрами изменения скорости шпинделя (то есть диапазоном изменения скорости шпинделя A и ускорением шпинделя α). Во-вторых, серьезно рассматривался феномен повышения региональной аккумуляции энергии. Затем аналитически исследовали влияние ускорения шпинделя на эффективность подавления вибрации.
3.2.1. Вариация фазовой задержки
Поскольку скорость шпинделя модулировалась в соответствии с треугольной формой сигнала с диапазоном изменения A и временем ускорения / замедления T, значение βt изменялось по аналогичной схеме, но не точно так же, как показано на рис.2, где βt рассчитано численным методом с частотой вибрации 300 Гц.
Предполагая, что обрабатывающая система вибрирует с частотой ω [20], фазовая задержка βt может быть выражена следующим образом:
где τt обозначает временные затраты на последний оборот до настоящего момента. В соответствии с треугольной формой сигнала максимальное и минимальное значения βt могут быть выражены следующим образом:
(7)
βmin = 2ωNmax-Nmax2-α / α = 2kiπ + εi, ki∈N, εi∈0, 2π, βmax = 2ωNmin2 + α-Nmin / α = 2kaπ + εa, ka∈N, εa∈0, 2π,, где Nmax и Nmin в об / мин обозначают максимальную и минимальную скорость шпинделя соответственно, а α в об / мин / с представляет соответствующее ускорение шпинделя, выраженное уравнением.(8).
Необходимо отметить, что ускорение α может изменяться во времени для некоторых других типов модуляции скорости, таких как синусоидальная волна.
В течение времени T процесса ускорения (или замедления) уравнение. (6) можно изменить следующим образом:
(9)
βt = 60ωN0 + αt-τt / 2,, где N0 обозначает начальную скорость шпинделя.
Как много меньше, чем период времени изменения скорости шпинделя, τt в уравнении.Предыдущие исследователи обычно пренебрегали уравнением (9) при вычислении приблизительного βt. Кроме того, диапазон изменения шпинделя обычно составляет менее 0,4N0 [6]. Тогда βt можно аппроксимировать следующим образом:
(10)
βt≈60ωN0 + αt≈60ωN0-60ωαtN02.Это обозначается формулой. (10) что фазовая задержка βt будет изменяться по форме волны, подобной скорости шпинделя. Это приближение было подтверждено численными результатами уравнения. (9) как показано на рис. 2.
3.2.2. Усредненная подводимая энергия режущей системы
Как правило, большое количество периодов вибрации может иметь место в течение времени T процесса ускорения / замедления. Заменить уравнение. (10) в уравнение. (4):
(11)
E2 = -awksa02ωμ2∫t0t0 + Tsin2 + 60α / N02ωt-60ω / N0dt.Как упоминалось выше, математическое ожидание E1 равно нулю. Затем энергия, потребляемая системой резания с вибрацией, может быть увеличена в соответствии с формулой. (3) следующим образом:
(12)
E≈E3¯ = -awksa02ωμ2∫t0t0 + Tsinβtdt.Ур. Из (12) следует, что положительная работа будет совершаться режущей силой, когда βt попадает в неустойчивые зоны 2kπ-π, 2kπ, k∈N. Другими словами, энергия колебаний режущей системы будет увеличиваться, когда βt попадает в нестабильные зоны 2kπ-π, 2kπ, k∈N, и будет уменьшаться, когда βt попадет в устойчивые зоны 2kπ, 2kπ + π, k∈N. .
Следует отметить, что направление изменения βt меняется на противоположное в начальный и конечный моменты каждого процесса ускорения / замедления, как показано на рис.2. Диапазон изменения Δβ и среднее значение βm фазовой задержки определялись следующим образом:
(13)
Δβ = βmax-βmax = 2kdπ + Βd, βm = βmax + βmin / 2 = 2kmπ + Βm,где kd, km∈N; Βd, Βm∈ [0, 2π).
Во время процесса ускорения / замедления, как показано на рис. 2, обычно имеется более одной стабильной или / или нестабильной зоны. Причем фазовая задержка βt проходит попеременно через стабильные и нестабильные зоны. Обозначим общий стабильный диапазон βt как βstable, а общий нестабильный диапазон βunstable, то есть Δβ = βstable + βunstable.Отношение стабильного диапазона βстабильного ко всему диапазону вариации Δβ было определено как коэффициент стабильного диапазона
Вывод может быть получен без доказательства, подтверждающего, что большое значение отношения ξ (см. Уравнение (14)) благоприятствует высоким характеристикам подавления дребезга.
Согласно формуле. Согласно формуле (13) устойчивое отношение дальности ξ также можно определить как функцию от βm и Δβ, то есть ξ = ξβm, Δβ. Обычно средняя фазовая задержка βm в основном зависит от средней скорости шпинделя, а диапазон изменения фазовой задержки Δβ в основном зависит от диапазона изменения скорости шпинделя.Был рассчитан ряд значений ξ с различными Δβ и βm, которые показаны на рис. 3.
Как показано на рис. 3, наряду с увеличением Δβ, стабильный коэффициент дальности ξ стремится к постоянному значению 0,5 в режиме колебаний. Форма кривой отношения определяется средней фазовой задержкой βm, точнее, m. Как показано в формуле. (15) при Δβ∈2kπ, 2kπ + π, k∈N с Βm = π / 2 и при Δβ∈2kπ-π, 2kπ, k∈N с Βm = 3π / 2 достигается максимум ξ = ξmax. Точки максимума ξmax получаются, когда Δβ = π + 2kdπ, в то время как вклад энергии вибрации достигнет минимального значения.
(15)
ξmax = ξβm, Δβ, βm = π / 2 + 2kmπ, Δβ∈2kdπ, 2kdπ + π, kd∈N, ξβm, Δβ, βm = 3π / 2 + 2kmπ, Δβ∈2kdπ + π, 2kdπ + 2π, kd∈ Н.Рис. 3. Устойчивый коэффициент дальности ξ изменения фазовой задержки
Точки максимума ξmax указывают на наличие двух последовательных стабильных диапазонов в окрестности каждой точки перегиба βt, что означает длительное время для рассеивания энергии колебаний. Подробнее об этом явлении рассказывается в третьей части этого раздела.Дополнительно согласно формуле. (7) и уравнение. (13) следует отметить, что среднее значение βm и диапазон Δβ изменения фазовой задержки являются функциями средней скорости Nm шпинделя, диапазона A изменения скорости шпинделя и ускорения шпинделя α.
Энергия, подводимая режущей системой с постоянной амплитудой вибрации, была рассчитана численно в предположении, что частота вибрации осталась неизменной, как показано на рисунках 4 и 5, где α = 1000 об / мин / с и частота вибрации 295.8 Гц. Аль-Региб и др. [7] провели аналогичное моделирование и эксперименты для анализа подводимой энергии E путем анализа коэффициента изменения скорости шпинделя. Однако они не обратили внимания на диапазон изменения фазовой задержки Δβ. В этой статье на рис. 4 изображены подводимая энергия E (см. Уравнение (3)) и стабильное передаточное число ξ во время периода изменения скорости шпинделя, то есть в течение времени 2T. Сделанный выше вывод подтверждается рис. 4 о том, что увеличение отношения stable диапазона устойчивого изменения фазы приводит к уменьшению энергозатрат системы вибрации, и наоборот.На рис. 4 точки минимума подводимой энергии E и точки максимума устойчивого диапазона отношения ξ имеют почти одинаковые значения абсцисс, т.е. диапазон изменения фазы Δβ. Незначительное различие может быть связано с тем фактом, что фазовая задержка между внутренней и внешней модуляциями не может точно отслеживать одну и ту же форму волны скорости шпинделя. В соответствии с рис. 4, 5 показаны диапазоны изменения скорости вращения шпинделя с максимальным, минимальным и средним значениями, т.е. Nmax, Nmin и Nm. Можно видеть, что при заданном диапазоне изменения фазовой задержки Δβ на требуемую скорость шпинделя влияет средняя фазовая задержка βm (или, скажем, Βm).
Рис. 4. Связь между устойчивым отношением дальности ξ и подводимой энергией E
Рис. 5. Диапазон скорости шпинделя, необходимый для изменения фазовой задержки
На основании рис. 3-5 можно определить, что: (1) Для допустимого диапазона изменения скорости шпинделя (Δβ> 3π во время процесса резания с переменной скоростью для подавления вибрации максимальная скорость может быть уменьшена или / и минимальная скорость увеличилась до Δβ = 2kdπ + π (т.е.е. Βm = 3π / 2, βm = 2kiπ и βmax = 2kaπ + π), благодаря чему стабильный коэффициент дальности ξ достигает более высокого значения. Следовательно, больший диапазон изменения скорости шпинделя не может означать более высокую эффективность подавления вибрации. (2) Среди точек максимума ξmax точка, относящаяся к меньшему Δβ, имеет большее значение ξ, что означает более высокую эффективность подавления дребезга. (3) В диапазоне высоких значений Δβ коэффициент стабильного диапазона ξ стремится к постоянному значению 0,5, что означает, что чрезмерное расширение диапазона изменения скорости шпинделя не может значительно улучшить эффективность подавления вибрации.
Однако на практике фактическая средняя скорость шпинделя Nm обычно остается постоянной. На основании этого была численно рассчитана подводимая энергия режущей системы, как показано на рис. 6, где α = 1000 об / мин / с, Нм = 1000 об / мин и частота вибрации составляет 295,8 Гц. На рис. 6 показана взаимосвязь между работой E, выполняемой силой резания, и диапазоном изменения скорости шпинделя A. Средняя работа усилия резания стремится к нулю волнообразно с уменьшающейся амплитудой по мере увеличения диапазона изменения скорости.Соответственно, стабильный коэффициент дальности ξ колеблется с направлением, противоположным подводимой энергии E, и стремится к постоянному значению 0,5. Фиг.7 изображает диапазон изменения Δβ и среднее значение βm задержки фазы, на оба из которых влияет диапазон изменения скорости A в сочетании с постоянной средней скоростью шпинделя Nm. Вот почему форма линии ξ на рис. 6 отличается от линий на рис. 3 и 4.
Рис. 6. Связь между подводимой энергией E и соответствующим стабильным коэффициентом дальности действия
Фиг.7. Диапазон изменения и среднее значение фазовой задержки
3.2.3. Региональное увеличение энергозатрат
Согласно формуле. (10) и уравнение. (12), подводимая энергия может быть приблизительно рассчитана по формуле. (16) для данного процесса резания, страдающего от вибрации:
(16)
E≈μawksN02a02120α∫βstartβendsinβdβ.Обычно во время непрерывного процесса увеличения / уменьшения фазовой задержки βt наблюдается βend-βstart> π.Вблизи максимальной и минимальной скорости вращения шпинделя, если фазовая задержка попадает в нестабильную зону в течение относительно длительного времени, вибрация может усиливаться мгновенно. Это явление показано на рис. 8, где внимание сосредоточено только на положениях точек перегиба фазовой задержки.
Рис. 8. Расположение точек максимумов / минимумов фазовой задержки βt
Следовательно, εa и εi (см. Уравнение (7)) были установлены в качестве объекта исследования в следующих случаях:
Случай 1. Вблизи точек перегиба βt попадает в стабильную зону, т.е.е. εa, i∈0, π и на время, относительно меньшее, чем в предыдущей или следующей нестабильной зоне. Энергия вибрации, накопленная в бывшей нестабильной зоне, не может быть уменьшена полностью, а затем может быть увеличена в следующей нестабильной зоне.
Случай 2: Вблизи точек перегиба βt попадает в нестабильную зону, то есть εa, i∈π, 2π, и на время относительно большее, чем в предыдущей или следующей стабильной зоне. Следовательно, будет накапливаться больше энергии вибрации, что приведет к мгновенному увеличению вибрации.
Игнорирование постоянных коэффициентов в уравнении. (16) параметры η, ηa и ηi были рассчитаны по формуле. (17) для обсуждения мгновенного накопления энергии:
(17)
ηa, i = ∫β1β2sinβdβ + ∫β2β3sinβdβ, η = ηa + ηi / 4,, где β1 указывает начальное βt, β2 минимальное или максимальное βt, β3 конечное βt.
В случае 1, ηa, i обозначает подвод энергии в течение времени между началом бывшей нестабильной зоны и концом текущей стабильной зоны.В случае 2, ηa, i обозначает подвод энергии в течение времени между началом текущей нестабильной зоны и концом следующей стабильной зоны. Когда не встречается ни случай 1, ни случай 2, установите η = 0. Должно быть получено, что η∈0, 1 и что η можно использовать в качестве индикатора регионального накопления энергии вблизи точки отражения фазовой задержки. Более высокое значение η может означать худшую производительность метода резания с переменной скоростью для подавления вибрации.
3.2.4. Влияние ускорения шпинделя
И последнее, но не менее важное, согласно формуле.Согласно (16) на накопление энергии в течение времени, когда фазовая задержка βt попадает в зону нестабильности, влияют скорость N0 вращения, ширина резания aw, коэффициент силы резания ks, коэффициент перекрытия μ и ускорение шпинделя α. Однако в процессе резания с различной скоростью вращения шпинделя можно управлять только ускорением шпинделя. Следовательно, ускорение играет важную роль в подавлении дребезга.
Это может быть получено из уравнения. (16) видно, что накопление энергии в нестабильной зоне фазовой задержки может быть уменьшено за счет большего ускорения шпинделя α.Следовательно, высокое ускорение шпинделя может быть благоприятным для уменьшения и предотвращения вибрации. Тем не менее, изменение скорости вращения шпинделя может увеличить тепловую нагрузку на приводную систему [11]. Кроме того, ускорение шпинделя ограничено динамикой шпинделя, такой как инерция вращения и мощность двигателя [5, 22]. Следовательно, существует максимальный предел ускорения α, который не может быть превышен в данной режущей системе.
Следовательно, требуется небольшое ускорение α в процессе резания с различной скоростью шпинделя; в противном случае может произойти сбой машины.Напротив, низкое ускорение может привести к подавлению дребезга отказа, согласно обсуждению энергии в формуле. (16).
.