Scegliere la giusta velocità del mandrino CNC non è semplice come trovare il numero di giri massimo elencato nelle specifiche della macchina.

Una macchina CNC può avere un mandrino capace di 12.000, 15.000 o anche 20.000 giri al minuto, ma ciò non significa che la macchina debba funzionare alla massima velocità per ogni materiale.

La corretta velocità del mandrino dipende da diversi fattori che interagiscono:

• Materiale del pezzo
• Materiale dell'utensile da taglio
• Diametro dell'utensile
• Velocità di taglio
• Operazione di lavorazione
• Profondità di taglio
• Velocità di avanzamento
• Rigidità della macchina
• Finitura superficiale richiesta

Questo è il motivo per cui la giusta velocità del mandrino CNC per l'alluminio può essere completamente diversa dalla velocità appropriata per l'acciaio al carbonio o l'acciaio inossidabile.

Per acquirenti e macchinisti, la domanda più utile non è:

"Quanti giri al minuto può raggiungere questa macchina CNC?"

È:

"Quale velocità del mandrino può utilizzare efficacemente questa macchina per i materiali e gli strumenti che effettivamente utilizziamo?"

1. La velocità del mandrino e la velocità di taglio non sono la stessa cosa

Questa è la prima distinzione da comprendere.

La velocità del mandrino è normalmente espressa in giri al minuto:

giri al minuto

Ti dice quanto velocemente ruota il mandrino.

La velocità di taglio descrive la velocità relativa tra il tagliente e la superficie del pezzo, normalmente espressa in:

m/min o SFM

Questi due valori sono correlati tramite il diametro dell'utensile.

Per la lavorazione metrica, un calcolo comune è:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Dove:

n=velocità del mandrino in giri/min

Vc=velocità di taglio in m/min

D=diametro utensile in mm

Ciò significa che la stessa velocità di taglio può richiedere velocità del mandrino molto diverse a seconda del diametro dell'utensile.

Ad esempio, una fresa a candela piccola può richiedere un numero di giri molto più elevato rispetto a una fresa frontale di grandi dimensioni anche durante la lavorazione dello stesso componente in alluminio.

Ecco perché dire:

"L'alluminio dovrebbe essere lavorato a 10.000 giri al minuto"

non è tecnicamente significativo senza conoscere il diametro dell'utensile e le condizioni di taglio.

2. Perché lo stesso materiale può richiedere velocità del mandrino diverse

Supponiamo che stiate lavorando l'alluminio.

Una fresa frontale in metallo duro da 6 mm e una fresa frontale da 50 mm non utilizzeranno la stessa velocità del mandrino.

La taglierina più piccola può normalmente funzionare a una velocità di rotazione molto più elevata.

La taglierina più grande copre una distanza maggiore per giro, quindi il numero di giri richiesto è inferiore per la stessa velocità di taglio.

Ad esempio, se la velocità di taglio consigliata è 300 m/min:

Per uno strumento da 10 mm:

n ≈ 9.550 giri/min

Per uno strumento da 50 mm:

n ≈ 1.910 giri/min

Il materiale non è cambiato.

Il diametro dell'utensile è cambiato.

Questo è il motivo per cui la selezione della velocità del mandrino CNC dovrebbe sempre iniziare con l'utensile da taglio e il materiale anziché con il numero di giri massimo della macchina.

3. Come scegliere la velocità del mandrino CNC per l'alluminio

L'alluminio è comunemente associato alla lavorazione CNC ad alta-velocità perché molte leghe di alluminio possono essere lavorate a velocità di taglio relativamente elevate.

Ma l’esatta velocità del mandrino CNC per l’alluminio dipende da:

Lega di alluminio

Materiale dello strumento

Diametro dell'utensile

Numero di flauti

Operazione di taglio

Liquido refrigerante

Rigidità della macchina

Ad esempio, una piccola fresa in metallo duro utilizzata per la finitura di un alloggiamento in alluminio può funzionare a un numero di giri sostanzialmente più elevato rispetto a una grande fresa frontale utilizzata per la sgrossatura.

Una velocità elevata del mandrino può essere particolarmente utile quando:

Utilizzo di strumenti di-diametro piccolo

Lavorazione di pareti sottili

Finitura superfici in alluminio

Rimozione di materiale da tasche complesse

Tuttavia, la velocità massima del mandrino non è automaticamente l'obiettivo.

Se la macchina raggiunge i 18.000 giri al minuto ma l'utensile selezionato e le condizioni di taglio richiedono 8.000 giri al minuto, funzionare a 18.000 giri al minuto semplicemente perché la macchina può farlo non è un vantaggio.

4. Come scegliere la velocità del mandrino CNC per l'acciaio al carbonio

L'acciaio al carbonio generalmente richiede un approccio di lavorazione diverso.

La velocità di taglio consigliata è solitamente inferiore rispetto a quella di molte applicazioni sull'alluminio, soprattutto quando si utilizzano utensili convenzionali in metallo duro e si eseguono tagli più pesanti.

Per la velocità del mandrino CNC per l'acciaio, considerare:

Grado di acciaio

Materiale dello strumento

Rivestimento dell'utensile

Diametro dell'utensile

Sgrossatura o finitura

Profondità di taglio

Rigidità della macchina

La lavorazione pesante dell'acciaio può anche sottoporre a carichi significativi il mandrino e la struttura della macchina.

Ciò significa che la coppia del mandrino diventa sempre più importante.

Una macchina con un numero di giri estremamente elevato potrebbe non essere la scelta migliore se la vostra produzione è dominata dalla sgrossatura di acciaio pesante.

Ad esempio, una fresa di grande-diametro che rimuove materiale consistente può funzionare a un numero di giri relativamente basso richiedendo al contempo un'elevata coppia del mandrino.

Questo è uno dei motivi per cui gli acquirenti dovrebbero confrontare insieme la velocità del mandrino e la coppia del mandrino quando selezionano un centro di lavoro CNC.

5. L'acciaio inossidabile richiede più cura

L'acciaio inossidabile è uno dei materiali in cui parametri di taglio scadenti possono creare rapidamente problemi.

A seconda della qualità e delle condizioni di lavorazione, il calore eccessivo o lo sfregamento possono contribuire a:

Usura degli utensili

Incrudimento del lavoro

Finitura superficiale scadente

Vantaggio-costruito

Problemi dimensionali

Pertanto, la selezione della velocità del mandrino CNC per l'acciaio inossidabile non dovrebbe basarsi solo sul nome del materiale.

L'acciaio inossidabile austenitico, l'acciaio inossidabile martensitico, l'acciaio inossidabile indurente per precipitazione-e altri gradi possono avere caratteristiche di lavorazione diverse.

Anche la geometria e il rivestimento dell’utensile sono importanti.

Se il fornitore dell'utensile fornisce intervalli di velocità di taglio-consigliati, tali valori devono essere utilizzati come punto di partenza.

Quindi regolare le condizioni di taglio in base a:

Prestazioni effettive dello strumento

Rigidità della macchina

Liquido refrigerante

Stabilità del pezzo

Profondità di taglio

6. La ghisa non richiede automaticamente un numero di giri elevato

La lavorazione della ghisa può generare un ambiente di taglio molto diverso da quello dell’alluminio.

A seconda della qualità e dell'applicazione, la ghisa può generare usura abrasiva e grandi quantità di trucioli o polvere.

La velocità appropriata del mandrino CNC dipende da:

Grado di ghisa

Materiale dello strumento

Rivestimento dell'utensile

Diametro taglierina

Lavorazione a secco o ad umido

Sgrossatura o finitura

In molte applicazioni della ghisa, la stabilità della macchina e la durata dell'utensile possono essere più importanti della massimizzazione della velocità del mandrino.

Questo è un altro esempio del perché il numero di giri più alto riportato sulla scheda tecnica della macchina non è necessariamente il numero più utile per la produzione.

7. Il diametro dell'utensile ha un effetto diretto sul numero di giri

Il diametro dell'utensile è una delle variabili più importanti nel calcolo della velocità del mandrino-.

Utilizzando:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

puoi vedere che il numero di giri diminuisce all'aumentare del diametro dell'utensile.

A parità di velocità di taglio:

Piccolo utensile → Numero di giri più elevato

Strumento grande → Ridurre il numero di giri

Ciò diventa particolarmente importante quando si seleziona un mandrino per macchina CNC.

Un mandrino ad alta-velocità può essere utile quando la tua produzione utilizza molti utensili-di piccolo diametro.

Ma se la vostra produzione utilizza principalmente frese di grandi dimensioni per la sgrossatura pesante, la coppia e la potenza del mandrino potrebbero essere più importanti del numero di giri massimo.

8. Sgrossatura e finitura non utilizzano sempre la stessa velocità del mandrino

Lo stesso materiale e utensile possono essere utilizzati in diverse condizioni di taglio per la sgrossatura e la finitura.

Sgrossatura

L'obiettivo è solitamente quello di rimuovere il materiale in modo efficiente.

Il processo può comportare:

Maggiore profondità di taglio

Maggiore impegno radiale

Forze di taglio più elevate

Maggiore carico del mandrino

La rigidità e la coppia della macchina diventano importanti.

Finitura

L'obiettivo è solitamente:

• Qualità della superficie
• Precisione dimensionale
• Movimento stabile dell'utensile
• Condizioni di taglio costanti

Un'operazione di finitura può utilizzare diametro utensile, velocità di avanzamento, impegno radiale e velocità del mandrino diversi.

Pertanto, non esiste un unico "RPM corretto" per un materiale.

La velocità corretta del mandrino appartiene a una specifica combinazione utensile + materiale + operazione.

9. La velocità del mandrino deve corrispondere alla velocità di avanzamento

Cambiare il numero di giri senza considerare la velocità di avanzamento può creare un altro problema.

Per la fresatura, una relazione comune è:

Vf=n × z × fz

Dove:

Vf=velocità di avanzamento

n=velocità del mandrino

z=numero di taglienti

fz=avanzamento per dente

Supponiamo di aumentare sostanzialmente la velocità del mandrino ma di mantenere invariata la velocità di avanzamento.

Il carico di truciolo per dente potrebbe diventare troppo piccolo.

L'utensile potrebbe iniziare a sfregare invece di tagliare in modo efficiente.

D’altro canto, aumentare la velocità di avanzamento senza considerare la velocità del mandrino può aumentare il carico di taglio e potenzialmente causare:

Rottura dell'utensile

Chiacchiere

Finitura superficiale scadente

Sovraccarico del mandrino

Questo è il motivo per cui la velocità del mandrino CNC e la velocità di avanzamento dovrebbero essere selezionate insieme, non in modo indipendente.

10. Non ignorare la velocità massima del mandrino della macchina CNC

Dopo aver calcolato la velocità del mandrino richiesta, confrontarla con la capacità effettiva della macchina.

Per esempio:

Velocità richiesta:

14.000 giri al minuto

Massima macchina:

12.000 giri al minuto

Non è possibile programmare semplicemente 14.000 giri al minuto.

La macchina CNC deve funzionare entro l'intervallo di velocità del-mandrino.

Ma è importante anche la situazione opposta.

Supponiamo che la tua macchina possa raggiungere:

20.000 giri al minuto

mentre la vostra produzione utilizza principalmente:

Frese da 30–50 mm per acciaio

La capacità di 20.000 giri/min può fornire poco valore per l'operazione principale.

Questo è il motivo per cui un acquirente dovrebbe selezionare le specifiche del mandrino della macchina CNC in base alla gamma di taglio effettiva piuttosto che scegliere semplicemente la macchina con il numero di giri massimo più alto.

11. La coppia del mandrino è importante a velocità inferiori

La potenza e la coppia del mandrino diventano particolarmente importanti durante il taglio pesante.

La relazione tra potenza del mandrino, coppia e velocità significa che la capacità di una macchina di mantenere la coppia nell'intero intervallo operativo influisce sulle sue prestazioni durante le diverse operazioni di taglio.

Questo è importante durante la lavorazione:

Acciaio al carbonio

Acciaio inossidabile

Ghisa

Stampi grandi

Componenti meccanici pesanti

Un mandrino ad alta-velocità ottimizzato per il taglio leggero potrebbe non fornire le stesse prestazioni pratiche di un mandrino progettato per una coppia elevata a velocità inferiori.

Quando confronti le specifiche della macchina CNC, chiedi al produttore la curva della coppia del mandrino se la lavorazione pesante fa parte della tua produzione.

Questo ti dice più del solo numero di giri massimo.

12. La rigidità della macchina può limitare la velocità del mandrino effettivamente utilizzabile

La velocità del mandrino calcolata può essere teoricamente appropriata, ma la macchina deve comunque mantenere un taglio stabile.

Se l'impostazione è debole, l'aumento del numero di giri a volte può peggiorare le vibrazioni.

Le possibili cause includono:

Rigidità della macchina insufficiente

Lunga sporgenza dell'utensile

Tentenimento del lavoro debole

Pareti sottili del pezzo

Attrezzi sbilanciati

Parametri di taglio errati

Ciò è particolarmente importante per la lavorazione di tasche profonde-e per utensili di grandi dimensioni.

Se si verificano vibrazioni, non dare per scontato che una velocità del mandrino maggiore o minore sia l'unica soluzione.

Controllare l'intero sistema di lavorazione:

Macchina + utensile + supporto + attrezzatura + pezzo + parametri di taglio

13. Come il materiale dell'utensile cambia la velocità del mandrino

Anche lo stesso utensile da taglio influisce sulla velocità di taglio consigliata.

I materiali comuni degli strumenti includono:

Acciaio ad alta-rapidità

Carburo

Metallo duro rivestito

Ceramica

Altri materiali da taglio specializzati

Un utensile in metallo duro può supportare velocità di taglio significativamente più elevate rispetto a un utensile HSS convenzionale nello stesso materiale.

Anche il rivestimento dell'utensile può influire sulle prestazioni.

Ad esempio, i rivestimenti progettati per gruppi di materiali specifici possono migliorare la resistenza all’usura e consentire diverse condizioni di taglio.

Pertanto, quando si calcola la velocità del mandrino CNC, non fornire al fornitore della macchina CNC solo il materiale del pezzo da lavorare.

Identificare anche l'attrezzatura prevista.

14. Un punto di partenza pratico per materiali diversi

La tabella seguente deve essere trattata come una struttura di partenza, non come un grafico RPM universale.

La velocità esatta del mandrino dovrebbe comunque derivare dai consigli-del produttore dell'utensile da taglio ed essere regolata in base alla macchina e alla configurazione effettive.

15. Esempio: perché un materiale può utilizzare diversi valori RPM

Supponiamo che stiate lavorando un alloggiamento in alluminio.

Hai tre operazioni:

Operazione 1 - Spianatura

Diametro utensile: 50 mm

La taglierina più grande indica che può essere appropriata una velocità del mandrino relativamente bassa.

Operazione 2 - Fresatura di tasche

Diametro utensile: 12 mm

La taglierina più piccola consente un numero di giri molto più elevato a parità di velocità di taglio.

Operazione 3 - Lavorazione-di piccoli fori

Diametro utensile: 4 mm

Il numero di giri richiesto può essere ancora sostanzialmente più alto.

Il materiale è identico.

La macchina è identica.

Ma la velocità del mandrino cambia perché cambiano le operazioni di utensileria e lavorazione.

Ecco perché un'affermazione del tipo:

"Lavoriamo l'alluminio, quindi abbiamo bisogno di un mandrino da 20.000 giri al minuto."

non fornisce informazioni sufficienti per selezionare un centro di lavoro CNC.

16. Cosa succede se la velocità del mandrino è troppo elevata?

Una velocità eccessiva del mandrino può creare diversi problemi a seconda dell'utensile e del materiale.

I possibili sintomi includono:

Calore eccessivo

Usura rapida dell'utensile

Scarsa durata dell'utensile

Bruciore o scolorimento

Finitura superficiale scadente

Vibrazione

Sovraccarico del mandrino

Per alcuni materiali, il calore eccessivo può anche influire sul pezzo o accelerare il degrado dell'utensile.

La risposta corretta non è sempre semplicemente quella di ridurre il numero di giri.

Potrebbe anche essere necessario modificare:

Velocità di avanzamento

Profondità di taglio

Impegno radiale

Liquido refrigerante

Geometria dell'utensile

Il sistema di taglio deve rimanere equilibrato.

17. Cosa succede se la velocità del mandrino è troppo bassa?

Anche un numero di giri basso può creare problemi.

A seconda dell'utensile e del materiale, la taglierina potrebbe sfregare anziché tagliare in modo efficiente.

Ciò può comportare:

Finitura superficiale scadente

Forza di taglio eccessiva

Vantaggio-costruito

Maggiore usura dell'utensile

Scarsa formazione di trucioli

Ancora una volta, la velocità corretta del mandrino dipende dalle condizioni di taglio.

L'obiettivo non è quello di operare al minor numero di giri possibile.

Serve a mantenere la velocità di taglio appropriata per l'utensile e il materiale selezionati.

18. Come scegliere passo dopo passo la giusta velocità del mandrino CNC

Un processo di selezione pratico è:

Passaggio 1 - Identificare il materiale

Determinare il grado effettivo del materiale.

"Acciaio" non è sufficientemente specifico per molte applicazioni.

Passaggio 2 - Seleziona lo strumento di taglio

Identificare:

Materiale dello strumento

Rivestimento dell'utensile

Diametro dell'utensile

Numero di flauti

Passaggio 3 - Ottenere la velocità di taglio consigliata

Utilizza i dati tecnici-del produttore dell'utensile da taglio come punto di partenza.

Passaggio 4 - Calcola la velocità del mandrino

Utilizzo:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Passaggio 5 - Controllare il mandrino della macchina

Confermare che il mandrino della macchina CNC possa funzionare al numero di giri richiesto e fornire potenza e coppia sufficienti.

Passaggio 6 - Calcola la velocità di avanzamento

Utilizzare l'avanzamento consigliato per dente e geometria dell'utensile.

Passaggio 7 - Esegui un test controllato

Monitorare:

Carico del mandrino

Usura degli utensili

Finitura superficiale

Formazione di trucioli

Vibrazione

Stabilità dimensionale

Passaggio 8 - Modifica in base alla produzione effettiva

Il valore calcolato è un punto di partenza.

Le condizioni di produzione determinano i parametri di lavoro finali.

19. Cosa significa quando si acquista una macchina CNC

Se stai acquistando un centro di lavoro CNC, non comunicarlo solo al produttore:

"Abbiamo bisogno di un'elevata velocità del mandrino."

Dì loro cosa realizzi effettivamente.

Per esempio:

Alloggiamenti in alluminio, frese in metallo duro da 6–16 mm, produzione ad-volumi elevati, principalmente realizzazione di tasche e fresatura di contorni.

O:

Componenti in acciaio al carbonio, frese da 40–80 mm, sgrossatura pesante, tasche profonde, cicli di lavorazione lunghi.

Queste due applicazioni possono richiedere caratteristiche del mandrino molto diverse.

Il produttore della macchina CNC può quindi valutare:

• Velocità massima del mandrino
• Velocità nominale del mandrino
• Potenza del mandrino
• Coppia del mandrino
• Interfaccia dello strumento
• Sistema di raffreddamento
• Rigidità della macchina

Ciò produce una raccomandazione sulla macchina molto più utile.

20. Non acquistare una macchina CNC basandosi solo sul numero di giri massimo

Una macchina pubblicizzata con:

20.000 giri al minuto

non è automaticamente migliore di uno con:

12.000 giri al minuto

La gamma di mandrini utili dipende da ciò che effettivamente produci.

Per la lavorazione dell'alluminio ad alta-velocità con utensili di piccole dimensioni, un numero di giri più elevato può essere prezioso.

Per la lavorazione pesante dell'acciaio con frese di grandi dimensioni, la coppia e la rigidità possono avere un ruolo maggiore.

Per la produzione mista, una gamma di mandrini bilanciata può fornire una maggiore flessibilità pratica.

Pertanto, quando si confrontano le specifiche della macchina CNC, valutare il mandrino in base a:

Materiale + Diametro utensile + Velocità di taglio + Carico di taglio + Volume di produzione

piuttosto che il solo numero di giri massimo.

Finale: scegliere il mandrino attorno al processo di taglio

La velocità corretta del mandrino CNC non può essere selezionata solo dal nome del materiale.

Segue un calcolo pratico:

Materiale → Utensile → Diametro utensile → Velocità di taglio → Giri/min mandrino → Velocità di avanzamento → Test di taglio effettivo

Per l'alluminio, velocità del mandrino più elevate possono essere utili per utensili di piccolo-diametro e lavorazione ad alta-velocità.

Per l'acciaio al carbonio e l'acciaio inossidabile, la velocità appropriata è solitamente più strettamente collegata al materiale dell'utensile, al carico di taglio, al controllo del calore, alla coppia del mandrino e alla rigidità della macchina.

Per frese di grandi dimensioni e sgrossatura pesante, il numero di giri massimo può essere molto meno importante della capacità del mandrino di mantenere la coppia utile.

Questo è il motivo per cui gli acquirenti che valutano un centro di lavoro CNC dovrebbero considerare le prestazioni complete del mandrino piuttosto che un numero sulla scheda tecnica.

Se si seleziona una macchina CNC per un materiale specifico, fornire al produttore della macchina CNC la qualità del materiale, il diametro tipico dell'utensile, l'operazione di lavorazione, la profondità di taglio e i requisiti di produzione. Questi dettagli consentono di valutare la gamma di velocità del mandrino, la potenza del mandrino, la coppia e la configurazione della macchina rispetto al processo di lavorazione effettivo.

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