At vælge den rigtige CNC-spindelhastighed er ikke så simpelt som at finde det maksimale omdrejningstal, der er angivet i en maskinspecifikation.

En CNC-maskine kan have en spindel, der er i stand til 12.000, 15.000 eller endda 20.000 rpm, men det betyder ikke, at maskinen skal køre med maksimal hastighed for hvert materiale.

Den korrekte spindelhastighed afhænger af flere faktorer, der arbejder sammen:

• Emnemateriale
• Materiale til skæreværktøj
• Værktøjs diameter
• Skærehastighed
• Bearbejdning
• Skæredybde
• Foderhastighed
• Maskinstivhed
• Påkrævet overfladefinish

Dette er grunden til, at den rigtige CNC-spindelhastighed for aluminium kan være helt anderledes end den passende hastighed for kulstofstål eller rustfrit stål.

For købere og maskinmestre er det mere nyttige spørgsmål ikke:

"Hvor mange omdrejninger kan denne CNC-maskine nå?"

Det er:

"Hvilken spindelhastighed kan denne maskine bruge effektivt til de materialer og værktøjer, vi rent faktisk kører?"

1. Spindelhastighed og skærehastighed er ikke den samme ting

Dette er den første sondring at forstå.

Spindelhastighed er normalt udtrykt i omdrejninger pr. minut:

RPM

Den fortæller dig, hvor hurtigt spindlen roterer.

Skærehastighed beskriver den relative hastighed mellem skæret og emnets overflade, normalt udtrykt i:

m/min eller SFM

Disse to værdier er relateret gennem værktøjets diameter.

For metrisk bearbejdning er en almindelig beregning:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Hvor:

n=spindelhastighed i rpm

Vc=skærehastighed i m/min

D=værktøjsdiameter i mm

Det betyder, at den samme skærehastighed kan kræve meget forskellige spindelhastigheder afhængigt af værktøjets diameter.

For eksempel kan en lille pindfræser kræve et meget højere omdrejningstal end en stor planfræser, selv når den samme aluminiumskomponent bearbejdes.

Dette er grunden til at sige:

"Aluminium skal bearbejdes ved 10.000 rpm"

er ikke teknisk meningsfuldt uden at kende værktøjets diameter og skæreforhold.

2. Hvorfor det samme materiale kan kræve forskellige spindelhastigheder

Antag, at du bearbejder aluminium.

En 6 mm hårdmetal pindfræser og en 50 mm planfræser kommer ikke til at bruge samme spindelhastighed.

Den mindre fræser kan normalt arbejde med en meget højere rotationshastighed.

Den større fræser dækker mere afstand pr. omdrejning, så det nødvendige omdrejningstal er lavere for samme skærehastighed.

For eksempel, hvis den anbefalede skærehastighed er 300 m/min:

For et 10 mm værktøj:

n ≈ 9.550 rpm

For et 50 mm værktøj:

n ≈ 1.910 rpm

Materialet ændrede sig ikke.

Værktøjets diameter ændrede sig.

Derfor bør valg af CNC-spindel altid starte med skæreværktøjet og materialet i stedet for maskinens maksimale omdrejningstal.

3. Sådan vælger du CNC spindelhastighed til aluminium

Aluminium forbindes almindeligvis med-højhastigheds-CNC-bearbejdning, fordi mange aluminiumslegeringer kan bearbejdes ved relativt høje skærehastigheder.

Men den nøjagtige CNC-spindelhastighed for aluminium afhænger af:

Aluminiumslegering

Værktøjsmateriale

Værktøjs diameter

Antal fløjter

Skæreoperation

Kølevæske

Maskinstivhed

For eksempel kan en lille endefræser af hårdmetal, der bruges til at færdiggøre et aluminiumshus, køre med et væsentligt højere omdrejningstal end en stor planfræser, der anvendes til skrub.

Høj spindelhastighed kan være særlig nyttig, når:

Brug af værktøjer med små-diameter

Bearbejdning af tynde vægge

Efterbehandling af aluminiumsoverflader

Fjernelse af materiale fra komplekse lommer

Maksimal spindelhastighed er dog ikke automatisk målet.

Hvis maskinen når 18.000 omdr./min., men det valgte værktøj og skæreforhold kræver 8.000 omdr./min., er det ikke en fordel at køre med 18.000 omdrejninger i minuttet, blot fordi maskinen kan.

4. Sådan vælger du CNC-spindelhastighed til kulstofstål

Kulstofstål kræver generelt en anden bearbejdningstilgang.

Den anbefalede skærehastighed er normalt lavere end for mange aluminiumsapplikationer, især ved brug af konventionelt hårdmetalværktøj og udførelse af tungere snit.

For CNC-spindelhastighed til stål skal du overveje:

Stålkvalitet

Værktøjsmateriale

Værktøjsbelægning

Værktøjs diameter

Skrubning eller efterbehandling

Skæredybde

Maskinstivhed

Tung stålbearbejdning kan også belaste spindlen og maskinstrukturen betydeligt.

Dette betyder, at spindelmomentet bliver stadig vigtigere.

En maskine med ekstremt høje omdrejninger er måske ikke det bedste valg, hvis din produktion er domineret af kraftig skrubbearbejdning af stål.

For eksempel kan en skærer med stor- diameter, der fjerner væsentligt materiale, arbejde ved et relativt lavt omdrejningstal, mens det kræver et højt spindelmoment.

Dette er en af ​​grundene til, at købere bør sammenligne spindelhastighed og spindelmoment sammen, når de vælger et CNC-bearbejdningscenter.

5. Rustfrit stål kræver mere pleje

Rustfrit stål er et af de materialer, hvor dårlige skæreparametre hurtigt kan skabe problemer.

Afhængigt af kvalitet og bearbejdningsbetingelser kan overdreven varme eller gnidning bidrage til:

Værktøjsslid

Arbejdshærdning

Dårlig overfladefinish

Opbygget-kant

Dimensionsproblemer

Derfor bør valg af CNC-spindelhastighed til rustfrit stål ikke være baseret på materialenavnet alene.

Austenitisk rustfrit stål, martensitisk rustfrit stål, udfældnings-hærdende rustfrit stål og andre kvaliteter kan have forskellige bearbejdningsegenskaber.

Værktøjsgeometri og belægning har også betydning.

Hvis værktøjsleverandøren angiver anbefalede skærehastighedsområder-, skal disse værdier bruges som udgangspunkt.

Juster derefter skæreforholdene baseret på:

Faktisk værktøjsydelse

Maskinstivhed

Kølevæske

Arbejdsemnets stabilitet

Skæredybde

6. Støbejern kræver ikke automatisk høj RPM

Støbejernsbearbejdning kan generere et meget anderledes skæremiljø end aluminium.

Afhængigt af kvalitet og anvendelse kan støbejern generere slibende slid og store mængder spåner eller støv.

Den passende CNC-spindelhastighed afhænger af:

Støbejernskvalitet

Værktøjsmateriale

Værktøjsbelægning

Kutter diameter

Tør eller våd bearbejdning

Skrubning eller efterbehandling

I mange støbejernsanvendelser kan maskinstabilitet og værktøjslevetid være vigtigere end at maksimere spindelhastigheden.

Dette er endnu et eksempel på, hvorfor det højeste omdrejningstal på maskinspecifikationsarket ikke nødvendigvis er det mest nyttige tal til produktion.

7. Værktøjsdiameter har en direkte effekt på omdrejningstal

Værktøjsdiameter er en af ​​de vigtigste variable i spindel-hastighedsberegning.

Bruger:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

du kan se, at RPM falder, når værktøjets diameter øges.

For samme skærehastighed:

Lille værktøj → Højere RPM

Stort værktøj → Lavere RPM

Dette bliver især vigtigt, når du vælger en CNC-maskinspindel.

En spindel med høj-hastighed kan være nyttig, når din produktion bruger mange værktøjer med små-diameter.

Men hvis din produktion hovedsageligt bruger store fræsere til kraftig skrubbearbejdning, kan spindelmoment og kraft være vigtigere end maksimalt omdrejningstal.

8. Skrubbe- og sletbearbejdning Brug ikke altid den samme spindelhastighed

Det samme materiale og værktøj kan bruges ved forskellige skæreforhold til skrub- og efterbearbejdning.

Skrubling

Målet er normalt at fjerne materiale effektivt.

Processen kan omfatte:

Større skæredybde

Større radial indgreb

Højere skærekræfter

Større spindelbelastning

Maskinens stivhed og drejningsmoment bliver vigtige.

Efterbehandling

Målet er normalt:

• Overfladekvalitet
• Dimensionsnøjagtighed
• Stabil værktøjsbevægelse
• Konsekvente skæreforhold

En efterbehandlingsoperation kan bruge en anden værktøjsdiameter, fremføringshastighed, radial indgreb og spindelhastighed.

Derfor er der ikke en enkelt "korrekt RPM" for et materiale.

Den korrekte spindelhastighed hører til en bestemt kombination af værktøj + materiale + betjening.

9. Spindelhastighed skal matches med tilspændingshastighed

Ændring af RPM uden at overveje tilspændingshastigheden kan skabe endnu et problem.

For fræsning er et fælles forhold:

Vf=n × z × fz

Hvor:

Vf=tilførselshastighed

n=spindelhastighed

z=antal skær

fz=fodring pr. tand

Antag, at du øger spindelhastigheden væsentligt, men holder tilspændingshastigheden uændret.

Spånbelastningen pr. tand kan blive for lille.

Værktøjet kan begynde at gnide i stedet for at skære effektivt.

På den anden side kan en forøgelse af tilspændingshastigheden uden hensyntagen til spindelhastighed øge skærebelastningen og potentielt forårsage:

Værktøjsbrud

Snak

Dårlig overfladefinish

Spindel overbelastning

Dette er grunden til, at CNC-spindelhastighed og tilspændingshastighed skal vælges som et par, ikke uafhængigt.

10. Ignorer ikke CNC-maskinens maksimale spindelhastighed

Efter at have beregnet den nødvendige spindelhastighed, skal du sammenligne den med maskinens faktiske kapacitet.

For eksempel:

Påkrævet hastighed:

14.000 rpm

Maskinens maksimum:

12.000 rpm

Du kan ikke bare programmere 14.000 rpm.

CNC-maskinen skal fungere inden for dens spindel-hastighedsområde.

Men den modsatte situation er også vigtig.

Antag, at din maskine kan nå:

20.000 rpm

mens din produktion hovedsageligt bruger:

30–50 mm fræsere til stål

20.000 rpm-kapaciteten kan give ringe værdi for din primære drift.

Dette er grunden til, at en køber bør vælge CNC-maskinens spindelspecifikation omkring det faktiske skæreområde i stedet for blot at vælge maskinen med det højeste maksimale omdrejningstal.

11. Spindelmoment har betydning ved lavere hastigheder

Spindelkraft og drejningsmoment bliver særligt vigtige under kraftig skæring.

Forholdet mellem spindeleffekt, drejningsmoment og hastighed betyder, at en maskines evne til at opretholde drejningsmoment på tværs af dets driftsområde påvirker, hvordan den yder under forskellige skæreoperationer.

Dette har betydning ved bearbejdning:

Kulstofstål

Rustfrit stål

Støbejern

Store forme

Tunge mekaniske komponenter

En spindel med høj-hastighed, der er optimeret til let skæring, giver muligvis ikke den samme praktiske ydeevne som en spindel designet til højt drejningsmoment ved lavere hastigheder.

Når du sammenligner CNC-maskinspecifikationer, skal du spørge producenten om spindelmomentkurven, hvis tung bearbejdning er en del af din produktion.

Det fortæller dig mere end den maksimale RPM alene.

12. Maskinstivhed kan begrænse spindelhastigheden, du rent faktisk kan bruge

Den beregnede spindelhastighed kan være teoretisk passende, men maskinen skal stadig opretholde en stabil skæring.

Hvis opsætningen er svag, kan stigende RPM nogle gange gøre vibration værre.

Mulige årsager omfatter:

Utilstrækkelig maskinstivhed

Langt værktøjsudhæng

Svagt arbejde

Tynde emnevægge

Ubalanceret værktøj

Forkerte skæreparametre

Dette er især vigtigt for dybe-lommebearbejdning og store værktøjer.

Hvis du oplever snak, skal du ikke automatisk antage, at højere eller lavere spindelhastighed er den eneste løsning.

Tjek hele bearbejdningssystemet:

Maskin + værktøj + holder + fikstur + emne + skæreparametre

13. Hvordan værktøjsmateriale ændrer spindelhastighed

Selve skæreværktøjet påvirker også den anbefalede skærehastighed.

Almindelige værktøjsmaterialer omfatter:

Høj-stål

Carbid

Belagt hårdmetal

Keramisk

Andre specialiserede skærematerialer

Et hårdmetalværktøj kan understøtte væsentligt højere skærehastigheder end et konventionelt HSS-værktøj i samme materiale.

Værktøjsbelægning kan også påvirke ydeevnen.

For eksempel kan belægninger designet til specifikke materialegrupper forbedre slidstyrken og tillade forskellige skæreforhold.

Når du beregner CNC-spindelhastigheden, skal du derfor ikke give CNC-maskinleverandøren kun materialet til emnet.

Identificer også det påtænkte værktøj.

14. Et praktisk udgangspunkt for forskellige materialer

Følgende tabel skal behandles som en startramme, ikke et universelt RPM-diagram.

Den nøjagtige spindelhastighed bør stadig komme fra skæreværktøjsproducentens anbefalinger og være justeret til den faktiske maskine og opsætning.

15. Eksempel: Hvorfor ét materiale kan bruge flere forskellige RPM-værdier

Antag, at du bearbejder et aluminiumshus.

Du har tre operationer:

Betjening 1 - Planfræsning

Værktøjsdiameter: 50 mm

Den større fræser betyder, at en relativt lav spindelhastighed kan være passende.

Operation 2 - Lommefræsning

Værktøjsdiameter: 12 mm

Den mindre fræser tillader et meget højere omdrejningstal for samme skærehastighed.

Operation 3 - Bearbejdning af små-huler

Værktøjsdiameter: 4 mm

Den nødvendige RPM kan igen være væsentligt højere.

Materialet er identisk.

Maskinen er identisk.

Men spindelhastigheden ændres, fordi værktøjs- og bearbejdningsoperationen ændres.

Det er derfor en udtalelse som:

"Vi bearbejder aluminium, så vi har brug for en 20.000 rpm spindel."

giver ikke nok information til at vælge et CNC-bearbejdningscenter.

16. Hvad sker der, hvis spindelhastigheden er for høj?

For høj spindelhastighed kan skabe flere problemer afhængigt af værktøj og materiale.

Mulige symptomer omfatter:

Overdreven varme

Hurtigt slid på værktøjet

Dårlig værktøjslevetid

Brænding eller misfarvning

Dårlig overfladefinish

Vibration

Spindel overbelastning

For nogle materialer kan overdreven varme også påvirke emnet eller fremskynde værktøjets nedbrydning.

Det korrekte svar er ikke altid blot at reducere RPM.

Du skal muligvis også justere:

Foderhastighed

Skæredybde

Radialt engagement

Kølevæske

Værktøjs geometri

Skæresystemet skal forblive afbalanceret.

17. Hvad sker der, hvis spindelhastigheden er for lav?

Lavt omdrejningstal kan også skabe problemer.

Afhængigt af værktøjet og materialet kan skæreren gnide i stedet for at skære effektivt.

Dette kan resultere i:

Dårlig overfladefinish

For stor skærekraft

Opbygget-kant

Øget slid på værktøjet

Dårlig spåndannelse

Igen afhænger den korrekte spindelhastighed af skæreforholdene.

Målet er ikke at køre ved det lavest mulige omdrejningstal.

Det er for at opretholde den passende skærehastighed for det valgte værktøj og materiale.

18. Sådan vælger du den rigtige CNC-spindelhastighed trin for trin

En praktisk udvælgelsesproces er:

Trin 1 - Identificer materialet

Bestem den faktiske materialekvalitet.

"Stål" er ikke specifik nok til mange applikationer.

Trin 2 - Vælg skæreværktøjet

Identificere:

Værktøjsmateriale

Værktøjsbelægning

Værktøjs diameter

Antal fløjter

Trin 3 - Få den anbefalede skærehastighed

Brug skæreværktøjsproducentens tekniske data som udgangspunkt.

Trin 4 - Beregn spindelhastighed

Bruge:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Trin 5 - Tjek maskinspindelen

Bekræft, at CNC-maskinens spindel kan arbejde ved det påkrævede omdrejningstal og give tilstrækkelig kraft og drejningsmoment.

Trin 6 - Beregn tilførselshastighed

Brug den anbefalede fremføring pr. tand og værktøjsgeometri.

Trin 7 - Kør en kontrolleret test

Overvåge:

Spindelbelastning

Værktøjsslid

Overflade finish

Chipdannelse

Vibration

Dimensionsstabilitet

Trin 8 - Juster baseret på faktisk produktion

Den beregnede værdi er et udgangspunkt.

Produktionsforholdene bestemmer de endelige arbejdsparametre.

19. Hvad det betyder, når du køber en CNC-maskine

Hvis du køber et CNC-bearbejdningscenter, skal du ikke kun fortælle producenten:

"Vi har brug for høj spindelhastighed."

Fortæl dem, hvad du rent faktisk bearbejder.

For eksempel:

Aluminiumshuse, 6-16 mm hårdmetal-pindfræsere, høj-volumenproduktion, primært lomme- og konturfræsning.

Eller:

Kulstofstålkomponenter, 40–80 mm fræsere, kraftig skrub, dybe lommer, lange bearbejdningscyklusser.

Disse to applikationer kan kræve meget forskellige spindelegenskaber.

CNC-maskinproducenten kan derefter vurdere:

• Maksimal spindelhastighed
• Nominel spindelhastighed
• Spindelkraft
• Spindelmoment
• Værktøjsgrænseflade
• Kølesystem
• Maskinstivhed

Dette giver en meget mere nyttig maskinanbefaling.

20. Køb ikke en CNC-maskine baseret på maksimalt omdrejningstal alene

En maskine annonceret med:

20.000 rpm

er ikke automatisk bedre end en med:

12.000 rpm

Det nyttige spindelområde afhænger af, hvad du faktisk producerer.

Til høj-bearbejdning af aluminium med små værktøjer kan højere RPM være værdifuldt.

Ved tung stålbearbejdning med store fræsere kan drejningsmoment og stivhed betyde mere.

Til blandet produktion kan et afbalanceret spindelområde give mere praktisk fleksibilitet.

Derfor, når du sammenligner CNC-maskinspecifikationer, skal du evaluere spindlen baseret på:

Materiale + Værktøjsdiameter + Skærehastighed + Skærebelastning + Produktionsvolumen

snarere end maksimalt omdrejningstal alene.

Endelig: Vælg spindelen omkring skæreprocessen

Den korrekte CNC-spindelhastighed kan ikke vælges fra materialenavnet alene.

En praktisk beregning følger:

Materiale → Værktøj → Værktøjsdiameter → Skærehastighed → Spindel RPM → Tilspændingshastighed → Faktisk skæretest

For aluminium kan højere spindelhastigheder være nyttige til værktøjer med lille-diameter og høj-bearbejdning.

For kulstofstål og rustfrit stål er den passende hastighed normalt tættere forbundet med værktøjsmateriale, skærebelastning, varmestyring, spindelmoment og maskinstivhed.

For store fræsere og kraftig skrubbearbejdning kan maksimalt omdrejningstal være langt mindre vigtigt end spindlens evne til at opretholde et nyttigt drejningsmoment.

Dette er grunden til, at købere, der vurderer et CNC-bearbejdningscenter, bør se på den komplette spindelydelse i stedet for ét tal på specifikationsarket.

Hvis du vælger en CNC-maskine til et specifikt materiale, skal du angive materialekvalitet, typisk værktøjsdiameter, bearbejdningsoperation, skæredybde og produktionskrav til CNC-maskinproducenten. Disse detaljer gør det muligt at evaluere spindelhastighedsområdet, spindeleffekten, momentet og maskinkonfigurationen i forhold til den faktiske bearbejdningsprocessen.

Dabai Precision Machine Tool leverer vertikale bearbejdningscentre, horisontale bearbejdningscentre, portalbearbejdningscentre og 5-aksede bearbejdningscentre med forskellige spindelkonfigurationer til forskellige bearbejdningskrav.