Πώς να επιλέξετε τη σωστή ταχύτητα ατράκτου και ροπή για κάθετες κέντρα κατεργασίας

Η ταχύτητα του άξονα καθορίζει την ποιότητα της επιφάνειας και τη δυνατότητα χρήσης μικρών εργαλείων. Η ροπή του άξονα καθορίζει τον ρυθμό αφαίρεσης μετάλλου.Ένας αγοραστής που συγκρίνει μόνο τα κιλοβάτ θα επιλέξει συνήθως το λάθος μηχάνημα, επειδή τα κιλοβάτ μπορούν να παραδοθούν στις 500 σ.α.λ. με τεράστια ροπή ή στις 15.000 σ.α.λ. με σχεδόν καμία, και οι δύο άξονες ταιριάζουν σε εντελώς διαφορετικές εργασίες. Η σωστή μέθοδος είναι να υπολογίσετε την ταχύτητα κοπής που χρειάζεται το υλικό σας, να τη μετατρέψετε σε σ.α.λ. άξονα για τη διάμετρο του κοπτικού σας, να εκτιμήσετε τη ροπή που απαιτεί η κοπή και, στη συνέχεια, να ελέγξετε και τους δύο αριθμούς έναντι της συνεχούς ονομαστικής τιμής του άξονα — όχι της μέγιστης.

Πώς μετατρέπετε την ταχύτητα κοπής σε σ.α.λ. άξονα;

Η σχέση είναι n = 1000 × Vc ÷ (π × D), όπου n είναι η ταχύτητα του άξονα σε σ.α.λ., Vc είναι η ταχύτητα κοπής σε μέτρα ανά λεπτό και D είναι η διάμετρος του κοπτικού σε χιλιοστά. Η ταχύτητα κοπής είναι ιδιότητα του υλικού του τεμαχίου εργασίας και της ποιότητας του εργαλείου, όχι του μηχανήματος.

Τρία παραδείγματα δείχνουν πόσο ευρέως μεταβάλλεται η απάντηση με τη διάμετρο:

• Καρβιδένιο φρέζα Φ20 mm σε μαλακό χάλυβα σε Vc = 200 m/min: n = 1000 × 200 ÷ (3.14 × 20) ≈ 3.180 rpm.
• Φρέζα όψης Φ80 mm στον ίδιο χάλυβα σε Vc = 200 m/min: n = 1000 × 200 ÷ (3.14 × 80) ≈ 795 rpm.
• Καρβιδένιο φρέζα Φ6 mm σε αλουμίνιο σε Vc = 400 m/min: n = 1000 × 400 ÷ (3.14 × 6) ≈ 21.200 rpm — πέρα από τους περισσότερους άξονες BT40, γι' αυτό η εργασία σε αλουμίνιο με μικρά εργαλεία απαιτεί άξονα υψηλής ταχύτητας ή κέντρο διάτρησης και κοπής.

Τα δύο πρώτα παραδείγματα είναι ο λόγος που τα μηχανήματα BT40 προσφέρονται συνήθως με επιλογές ιμάντα 10.000 rpm, άμεσης κίνησης 12.000 rpm και άμεσης κίνησης 15.000 rpm: τα 10.000 rpm καλύπτουν άνετα ένα εργαλείο Φ6 mm σε χάλυβα και ένα εργαλείο Φ32 mm σε υψηλή ταχύτητα σε αλουμίνιο, ενώ τα 15.000 rpm επεκτείνουν το χρήσιμο εύρος έως Φ4 mm σε αλουμίνιο χωρίς να χάνουν τη ροπή πολύ νωρίς.

Πόση ροπή χρειάζεται πραγματικά μια κοπή;

Η ροπή προκύπτει από την εφαπτομενική δύναμη κοπής και την ακτίνα του κοπτικού: T = Fc × (D/2) ÷ 1000, σε N·m, με Fc σε νιούτον και D σε χιλιοστά. Η δύναμη κοπής είναι περίπου Fc = kc × ap × fz × z για ευθύγραμμη εμπλοκή αυλακιού, όπου kc είναι η ειδική δύναμη κοπής του υλικού σε N/mm², ap είναι το αξονικό βάθος σε mm, fz είναι η τροφοδοσία ανά δόντι σε mm και z είναι ο αριθμός των δοντιών. Η σχέση είναι προσεγγιστική επειδή το kc αυξάνεται καθώς μειώνεται το πάχος του τσιπ, αλλά είναι αρκετά ακριβής για τον προσδιορισμό μεγέθους του άξονα.

Στον άξονα, η ροπή και η ισχύς συνδέονται με T = 9550 × P ÷ n. Αυτός είναι ο πιο χρήσιμος τύπος στην επιλογή μηχανήματος επειδή αποκαλύπτει πώς παραδίδεται μια ονομαστική τιμή ισχύος. Ένας άξονας ονομαστικής τιμής 11 kW στις 2.000 rpm παράγει 52,5 N·m. Τα ίδια 11 kW στις 12.000 rpm παράγουν μόνο 8,75 N·m. Αυτοί είναι ο ίδιος άξονας σε διαφορετικά σημεία της καμπύλης του, και ένας κατάλογος που αναφέρει μόνο "11 kW" δεν σας λέει τίποτα για το ποιον αγοράζετε.

Πώς μοιάζουν οι καμπύλες ροπής των πραγματικών αξόνων VMC;

Οι κινητήρες άξονα λειτουργούν σε δύο περιοχές. Κάτω από την ταχύτητα βάσης παρέχουν σταθερή ροπή, οπότε η ισχύς αυξάνεται γραμμικά με την ταχύτητα. Πάνω από την ταχύτητα βάσης παρέχουν σταθερή ισχύ, οπότε η ροπή μειώνεται αντιστρόφως ανάλογα με την ταχύτητα. Οι άξονες με κιβώτιο ταχυτήτων εισάγουν μια μηχανική αναλογία για να επεκτείνουν την περιοχή σταθερής ροπής προς τα κάτω.

Διαβάστε προσεκτικά τη γραμμή του κιβωτίου ταχυτήτων. Στην περιοχή 1:4, το μηχάνημα πολλαπλασιάζει μηχανικά τη ροπή, κάτι που επιτρέπει σε μια φρέζα όψης 160 mm να πραγματοποιήσει πραγματικό βάθος κοπής σε P20 σε χαμηλές σ.α.λ. Στην περιοχή 1:1, συμπεριφέρεται σαν συμβατικός άξονας BT50 για φινίρισμα και μικρότερα εργαλεία. Η αλλαγή ταχυτήτων είναι απόφαση ικανότητας, όχι ενόχληση.

Πώς ταιριάζετε την επιλογή του άξονα με το υλικό;

Η ειδική δύναμη κοπής καθορίζει τα πάντα. Οι παρακάτω τιμές είναι τυπικά εύρη εγχειριδίων για συμβατικά υλικά και δίνονται ως καθοδήγηση σχεδιασμού, όχι ως μετρημένα αποτελέσματα για οποιοδήποτε συγκεκριμένο μηχάνημα.

Τι σημαίνει αυτό για μια συγκεκριμένη εργασία;

Πλάκα χάλυβα, φρέζα όψης Φ63 mm, βάθος 3 mm, 6 ένθετα, fz = 0,15 mm, kc = 2.100 N/mm². Fc ≈ 2.100 × 3 × 0,15 × 6 ≈ 5.670 N, και ροπή ≈ 5.670 × 31,5 ÷ 1000 ≈ 179 N·m. Κανένας άξονας BT40 σε αυτή την κατηγορία δεν μπορεί να το παρέχει συνεχώς. Αυτή είναι μια εργασία που απαιτεί κιβώτιο ταχυτήτων BT50, και γι' αυτό τα εργαστήρια καλουπιών δεν αγοράζουν μηχανήματα BT40 για προεργασία.

Πλάκα αλουμινίου, φρέζα τριών αυλακιών Φ16 mm, βάθος 8 mm, fz = 0,12 mm, kc = 700 N/mm². Fc ≈ 700 × 8 × 0,12 × 3 ≈ 2.016 N, ροπή ≈ 2.016 × 8 ÷ 1000 ≈ 16 N·m — άνετα εντός ενός άξονα BT40 52,5 N·m, και ο περιοριστικός παράγοντας γίνεται η ταχύτητα και η απομάκρυνση των τσιπ, όχι η ροπή.

Αυτοί οι δύο υπολογισμοί εξηγούν τις περισσότερες συζητήσεις επιλογής άξονα σε μία σελίδα. Το υλικό και το κοπτικό ορίζουν το φορτίο. Ο άξονας είτε έχει τη ροπή σε αυτή την ταχύτητα είτε όχι.

Τι άλλο πρέπει να ελεγχθεί εκτός από τους δύο αριθμούς;

• Συνεχής έναντι μέγιστης ονομαστικής τιμής.Μια μέγιστη τιμή 15 kW με συνεχή ονομαστική τιμή 11 kW θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως άξονας 11 kW για τον προγραμματισμό παραγωγής.
• Τύπος ρουλεμάν και λίπανση.Η εργασία σε χάλυβα και χυτοσίδηρο είναι ανεκτική. Η εργασία σε αλουμίνιο υψηλής ταχύτητας απαιτεί κεραμικά υβριδικά ρουλεμάν και λίπανση με λάδι-αέρα, και το καθεστώς συντήρησης αλλάζει ανάλογα.
• Ψύξη άξονα.Ένας ψύκτης λαδιού και ένα αερόφρακτης διατηρούν τη θερμική διαστολή προβλέψιμη. Χωρίς αυτά, ένας άξονας υψηλής ταχύτητας παρουσιάζει μεγαλύτερη μετατόπιση στον άξονα Ζ κατά τη διάρκεια μεγάλων κύκλων φινιρίσματος.
• Ισορροπία εργαλειοθήκης.Πάνω από περίπου 10.000 rpm, η ποιότητα ισορροπίας της εργαλειοθήκης γίνεται θέμα φινιρίσματος και διάρκειας ζωής ρουλεμάν, όχι λεπτομέρεια.
• Ψυκτικό μέσω του άξονα.Βαθιές θήκες, ανοξείδωτος χάλυβας και τιτάνιο σχεδόν το απαιτούν. Επιβεβαιώστε την πίεση που διατίθεται στο εργαλείο, όχι στην αντλία.
• Πραγματικότητα κύκλου λειτουργίας.Μια κοπή 100% κύκλου λειτουργίας στο 90% της συνεχούς ονομαστικής τιμής θα μειώσει τη διάρκεια ζωής του άξονα. Σχεδιάστε για 70–80% μέση χρησιμοποίηση.

Πώς το καθορίζετε σε μια παραγγελία αγοράς;

Γράψτε την απαίτηση σε όρους κοπής, όχι σε επιθέτους. Αναφέρετε το υλικό, το μεγαλύτερο κοπτικό, το προοριζόμενο βάθος και πλάτος κοπής, τον απαιτούμενο ρυθμό αφαίρεσης μετάλλου σε cm³/min και τον στόχο ποιότητας επιφάνειας. Στη συνέχεια, απαιτήστε από τον προμηθευτή να επιβεβαιώσει την ισχύ και τη ροπή του άξονα στην ειδική ταχύτητα περιστροφής στην οποία θα εκτελεστεί η κοπή. Ένας προμηθευτής που μπορεί να απαντήσει σε αυτή την ερώτηση με μια καμπύλη ροπής είναι ένας προμηθευτής που κατανοεί το μηχάνημα.

Εάν μας στείλετε το σχέδιο του εξαρτήματος, το υλικό, τη λίστα κοπτικών και τον στόχο χρόνου κύκλου, οι μηχανικοί μας θα προσδιορίσουν το μέγεθος του άξονα — ιμάντας, άμεση κίνηση ή κιβώτιο δύο ταχυτήτων — με βάση αυτούς τους αριθμούς και θα προτείνουν το συγκεκριμένο μοντέλο από τη σειρά κέντρων κατεργασίας κάθετης διάταξης, συμπεριλαμβανομένου του VMC-1165HL για εργασίες BT40 υψηλής ταχύτητας και του VMC-1370HD για βαριές κοπές με κιβώτιο ταχυτήτων.