Quando si esegue la programmazione CNC, il programmatore deve determinare i parametri di taglio per ciascuna operazione e codificarli nel programma. I parametri di taglio includono velocità di taglio, profondità di taglio e velocità di avanzamento. Diversi metodi di lavorazione richiedono la selezione di diversi parametri di taglio.
1. Principi per la selezione dei parametri di taglio
Per la lavorazione di sgrossatura, l'obiettivo primario è generalmente quello di aumentare la produttività, sebbene debbano essere considerati anche l'efficienza economica e i costi di lavorazione. Per la lavorazione di semi-finitura e finitura, l'efficienza di taglio, l'efficienza economica e i costi di lavorazione devono essere bilanciati garantendo al tempo stesso la qualità della lavorazione. I valori specifici dovrebbero essere determinati sulla base dei manuali delle macchine utensili e dei manuali dei parametri di taglio, combinati con l'esperienza pratica.
Per ottimizzare la durata dell'utensile, la sequenza per la selezione dei parametri di taglio è: determinare prima la profondità di taglio, poi la velocità di avanzamento e infine la velocità di taglio.
2. Determinazione della profondità di taglio
La profondità di taglio è determinata dalla rigidità della macchina utensile, del pezzo e dell'utensile da taglio. Quando la rigidità lo consente, la profondità di taglio dovrebbe idealmente eguagliare il sovrametallo di lavorazione del pezzo; questo riduce al minimo il numero di passaggi e migliora la produttività.
Principi per determinare la profondità di taglio:
(1) Quando la rugosità superficiale richiesta è Ra 12,5 μm–25 μm e il sovrametallo di lavorazione è inferiore a 5–6 mm, una singola passata di sgrossatura è sufficiente per soddisfare i requisiti. Tuttavia, se il margine è elevato, la rigidità del sistema di lavorazione è scarsa o la macchina utensile non dispone di potenza sufficiente, il processo potrebbe essere suddiviso in più passaggi.
(2) Quando la rugosità superficiale richiesta è Ra 3,2 μm–12,5 μm, il processo può essere suddiviso in fasi di lavorazione di sgrossatura e lavorazione di semi-finitura. La profondità di taglio per la lavorazione di sgrossatura viene selezionata come descritto sopra. Dopo la lavorazione di sgrossatura viene lasciato un margine di 0,5–1,0 mm da rimuovere durante la lavorazione di semi-finitura.
(3) Quando la rugosità superficiale richiesta è Ra 0,8 μm–3,2 μm, il processo può essere suddiviso in tre fasi: lavorazione di sgrossatura, lavorazione di semi-finitura e lavorazione di finitura. La profondità di taglio per la lavorazione di semi-finitura è impostata su 1,5–2 mm. Per le operazioni di finitura, la profondità di taglio è impostata tra 0,3 mm e 0,5 mm.
3. Determinazione della velocità di avanzamento
La velocità di avanzamento viene selezionata principalmente in base alla precisione di lavorazione richiesta e alla rugosità superficiale, nonché ai materiali dell'utensile da taglio e del pezzo. La velocità di avanzamento massima è limitata dalla rigidità della macchina utensile e dalle prestazioni del sistema di avanzamento.
Principi per determinare la velocità di avanzamento:
1) Quando i requisiti di qualità del pezzo possono essere garantiti, è possibile selezionare una velocità di avanzamento più elevata per migliorare l'efficienza produttiva; questa viene generalmente scelta nell'intervallo 100–200 m/min.
2) Quando si eseguono operazioni di taglio-, lavorazione di fori profondi o si utilizzano utensili in acciaio rapido- (HSS), è consigliabile una velocità di avanzamento inferiore; questa viene generalmente scelta nell'intervallo 20–50 m/min.
3) Quando sono richieste elevata precisione di lavorazione e finitura superficiale, è necessario selezionare una velocità di avanzamento inferiore, generalmente compresa tra 20 e 50 m/min.
4) Durante i movimenti dell'utensile non-di taglio (traslazione rapida), soprattutto quando si ritorna al punto di riferimento ("homing") su una lunga distanza, è possibile selezionare la velocità di avanzamento massima impostata dal sistema CNC della macchina.
4. Determinazione della velocità del mandrino
La velocità del mandrino deve essere selezionata in base alla velocità di taglio consentita e al diametro del pezzo (o dell'utensile). La formula di calcolo è:
n = 1000v / πD
v - Velocità di taglio (m/min), determinata dalla durata dell'utensile;
n - Velocità del mandrino (giri/min);
D - Diametro del pezzo o diametro dell'utensile (mm).
La velocità del mandrino calcolata (n) dovrebbe infine essere regolata per corrispondere a un'impostazione di velocità disponibile sulla macchina utensile (o al valore disponibile più vicino) come specificato nel manuale della macchina. In sintesi, i valori dei parametri di taglio specifici dovrebbero essere determinati utilizzando un approccio analogico basato sulle prestazioni della macchina utensile, sui manuali pertinenti e sull'esperienza pratica. Allo stesso tempo, la velocità del mandrino, la profondità di taglio e la velocità di avanzamento devono essere bilanciate tra loro per ottenere parametri di taglio ottimali.
Formula di riferimento:
[Immagine]
(I) Profondità di taglio (ap)
La distanza perpendicolare tra la superficie lavorata e la superficie ancora da lavorare viene definita profondità di taglio. La profondità di taglio ($a_p$) è la profondità misurata perpendicolarmente al piano di lavoro, passante per il punto base del tagliente; rappresenta la profondità alla quale l'utensile di tornitura penetra nel pezzo durante ogni movimento di avanzamento, ed è quindi nota anche come "profondità di taglio". In base a questa definizione, quando si torni longitudinalmente una superficie cilindrica esterna, la profondità di taglio può essere calcolata utilizzando la seguente formula:
$a_p = (d_w - d_m) / 2$
Dove $a_p$=profondità di taglio (mm);
$d_w$=diametro della superficie del pezzo da lavorare (mm);
$d_m$=diametro della superficie lavorata del pezzo (mm).
Esempio 1: Dato un diametro della superficie del pezzo da lavorare di $\\Phi$95 mm; se viene tornito ad un diametro di $\\Phi$90 mm in un'unica passata, calcolare la profondità di taglio.
Soluzione: $a_p=(d_w - d_m) / 2=(95 - 90) / 2=2.5$ mm.
(II) Mangime ($f$)
Lo spostamento relativo tra l'utensile e il pezzo nella direzione del movimento di avanzamento per ogni giro del pezzo o dell'utensile.
A seconda della direzione di avanzamento si classifica in avanzamento longitudinale e avanzamento trasversale; l'avanzamento longitudinale si riferisce all'avanzamento lungo la direzione delle guide del basamento del tornio, mentre l'avanzamento trasversale si riferisce all'avanzamento perpendicolare alla direzione delle guide del basamento del tornio.
(Nota) La velocità di avanzamento ($v_f$) si riferisce alla velocità istantanea di un punto selezionato sul tagliente rispetto al pezzo durante il movimento di avanzamento.
$v_f=fn$
Dove $v_f$=velocità di avanzamento (mm/s);
$n$=velocità del mandrino (giri/s);
Avanzamento $f$=(mm/s).
(III) Velocità di taglio ($v_c$)
La velocità istantanea di un punto selezionato sul tagliente rispetto al pezzo durante il movimento di taglio primario. La formula di calcolo è la seguente:
$v_c=(\\pi d_w n) / 1000$
Dove $v_c$=velocità di taglio (m/min);
$d_w$=diametro della superficie del pezzo da lavorare (mm);
$n$=velocità di rotazione del pezzo (giri/min). I calcoli dovrebbero essere basati sulla velocità di taglio massima; ad esempio, durante la tornitura, il calcolo utilizza il diametro della superficie da lavorare, poiché in quel punto la velocità è massima e l'usura dell'utensile è più rapida.
Esempio 2: tornitura del diametro esterno di un pezzo con un diametro di Φ60 mm; la velocità del mandrino del tornio selezionata è 600 giri/min. Calcola vc.
Soluzione: vc=(π × dw × n) / 1000=3.14 × 60 × 600 / 1000=113 m/min
Nella produzione reale, il diametro del pezzo è solitamente noto. La velocità di taglio viene selezionata in base a fattori quali il materiale del pezzo da lavorare, il materiale dell'utensile e i requisiti di lavorazione; questa velocità viene quindi convertita nella velocità del mandrino del tornio per regolare la macchina, ottenendo la seguente formula:
n=(1000 × vc) / (π × dw)
Esempio 3: Tornitura del diametro esterno di una puleggia (Φ260 mm) su un tornio orizzontale CA6140; seleziona vc=90 m/min e calcola n.
Soluzione: n=(1000 × vc) / (π × dw)=(1000 × 90) / (3,14 × 260)=110 giri/min
Dopo aver calcolato la velocità del mandrino, selezionare un valore vicino a quelli riportati sulla targa della macchina; in questo caso, selezionare n=100 giri/min come velocità effettiva del tornio.
III. Riepilogo:
Parametri di taglio
1. Profondità di taglio ap (mm): ap=(dw - dm) / 2 (mm)
2. Velocità di avanzamento f (mm/giro)
3. Velocità di taglio vc (m/min): vc=π × d × n / 1000 (m/min)
n=1000 × vc / (π × d) (giri/min)
