Å velge riktig CNC-spindelhastighet er ikke så enkelt som å finne maksimalt turtall oppført i en maskinspesifikasjon.

En CNC-maskin kan ha en spindel som er i stand til 12 000, 15 000 eller til og med 20 000 rpm, men det betyr ikke at maskinen skal kjøre med maksimal hastighet for hvert materiale.

Riktig spindelhastighet avhenger av flere faktorer som virker sammen:

• Arbeidsstykkemateriale
• Materiale til skjæreverktøy
• Verktøydiameter
• Kuttehastighet
• Maskineringsoperasjon
• Kuttdybde
• Matehastighet
• Maskinstivhet
• Nødvendig overflatefinish

Dette er grunnen til at den riktige CNC-spindelhastigheten for aluminium kan være helt forskjellig fra den riktige hastigheten for karbonstål eller rustfritt stål.

For kjøpere og maskinister er ikke det mer nyttige spørsmålet:

"Hvor mange RPM kan denne CNC-maskinen nå?"

Det er:

"Hvilken spindelhastighet kan denne maskinen bruke effektivt for materialene og verktøyene vi faktisk kjører?"

1. Spindelhastighet og skjærehastighet er ikke det samme

Dette er den første forskjellen å forstå.

Spindelhastighet er normalt uttrykt i omdreininger per minutt:

RPM

Den forteller deg hvor raskt spindelen roterer.

Skjærehastighet beskriver den relative hastigheten mellom skjærekanten og arbeidsstykkets overflate, normalt uttrykt i:

m/min eller SFM

Disse to verdiene er relatert gjennom verktøyets diameter.

For metrisk maskinering er en vanlig beregning:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Hvor:

n=spindelhastighet i rpm

Vc=skjærehastighet i m/min

D=verktøydiameter i mm

Dette betyr at samme skjærehastighet kan kreve svært forskjellige spindelhastigheter avhengig av verktøyets diameter.

For eksempel kan en liten endefres kreve mye høyere turtall enn en stor flatfres selv når den samme aluminiumskomponenten bearbeides.

Dette er grunnen til å si:

"Aluminium bør maskineres ved 10 000 rpm"

er ikke teknisk meningsfylt uten å kjenne til verktøyets diameter og skjæreforhold.

2. Hvorfor det samme materialet kan kreve forskjellige spindelhastigheter

Anta at du bearbeider aluminium.

En 6 mm endefres av karbid og en 50 mm planfres kommer ikke til å bruke samme spindelhastighet.

Den mindre kutteren kan normalt operere med mye høyere rotasjonshastighet.

Den større kutteren dekker mer avstand per omdreining, så det nødvendige turtallet er lavere for samme skjærehastighet.

For eksempel, hvis anbefalt skjærehastighet er 300 m/min:

For et 10 mm verktøy:

n ≈ 9.550 rpm

For et 50 mm verktøy:

n ≈ 1.910 rpm

Materialet endret seg ikke.

Verktøyets diameter endret seg.

Derfor bør valg av CNC-spindelhastighet alltid starte med skjæreverktøyet og materialet i stedet for maskinens maksimale turtall.

3. Hvordan velge CNC spindelhastighet for aluminium

Aluminium er vanligvis forbundet med høyhastighets-CNC-maskinering fordi mange aluminiumslegeringer kan maskineres med relativt høye skjærehastigheter.

Men den nøyaktige CNC-spindelhastigheten for aluminium avhenger av:

Aluminiumslegering

Verktøymateriale

Verktøydiameter

Antall fløyter

Kutteoperasjon

Kjølevæske

Maskinstivhet

For eksempel kan en liten endefres av karbid som brukes til å etterbearbeide et aluminiumshus kjøre med et vesentlig høyere turtall enn en stor flatfres som brukes til grovbearbeiding.

Høy spindelhastighet kan være spesielt nyttig når:

Bruke verktøy med liten-diameter

Maskinering av tynne vegger

Etterbehandling av aluminiumsoverflater

Fjerner materiale fra komplekse lommer

Maksimal spindelhastighet er imidlertid ikke automatisk målet.

Hvis maskinen når 18 000 rpm, men det valgte verktøyet og skjæreforholdene krever 8 000 rpm, er det ingen fordel å kjøre med 18 000 rpm bare fordi maskinen kan gjøre det.

4. Hvordan velge CNC spindelhastighet for karbonstål

Karbonstål krever generelt en annen maskineringstilnærming.

Den anbefalte skjærehastigheten er vanligvis lavere enn for mange aluminiumsapplikasjoner, spesielt når du bruker konvensjonelle karbidverktøy og utfører tyngre kutt.

For CNC spindelhastighet for stål, vurder:

Stålkvalitet

Verktøymateriale

Verktøybelegg

Verktøydiameter

Grovbearbeiding eller etterbehandling

Kuttdybde

Maskinstivhet

Maskinering av tungt stål kan også legge betydelige belastninger på spindelen og maskinstrukturen.

Dette betyr at spindelmomentet blir stadig viktigere.

En maskin med ekstremt høye turtall er kanskje ikke det beste valget hvis produksjonen din er dominert av grov grovbearbeiding av stål.

For eksempel kan en kutter med stor-diameter som fjerner betydelig materiale, operere ved et relativt lavt turtall mens det krever høyt spindelmoment.

Dette er en grunn til at kjøpere bør sammenligne spindelhastighet og spindelmoment sammen når de velger et CNC-bearbeidingssenter.

5. Rustfritt stål krever mer pleie

Rustfritt stål er et av materialene hvor dårlige skjæreparametere fort kan skape problemer.

Avhengig av karakteren og maskineringsforholdene, kan overdreven varme eller gnidning bidra til:

Verktøyslitasje

Arbeidsherding

Dårlig overflatefinish

Bygget-kant

Dimensjonsproblemer

Derfor bør valg av CNC-spindelhastighet for rustfritt stål ikke være basert på materialnavnet alene.

Austenittisk rustfritt stål, martensittisk rustfritt stål, nedbør-herding rustfritt stål og andre kvaliteter kan ha forskjellige maskineringsegenskaper.

Verktøygeometri og belegg har også betydning.

Hvis verktøyleverandøren gir anbefalte-skjærehastighetsområder, bør disse verdiene brukes som utgangspunkt.

Juster deretter skjæreforholdene basert på:

Faktisk verktøyytelse

Maskinstivhet

Kjølevæske

Arbeidsstykkets stabilitet

Skjæredybde

6. Støpejern krever ikke automatisk høy RPM

Maskinering av støpejern kan generere et helt annet skjæremiljø enn aluminium.

Avhengig av karakter og bruksområde, kan støpejern generere slitasje og store mengder spon eller støv.

Den riktige CNC-spindelhastigheten avhenger av:

Støpejernskvalitet

Verktøymateriale

Verktøybelegg

Kutter diameter

Tørr eller våt bearbeiding

Grovbearbeiding eller etterbehandling

I mange støpejernsapplikasjoner kan maskinstabilitet og verktøylevetid være viktigere enn å maksimere spindelhastigheten.

Dette er nok et eksempel på hvorfor det høyeste turtallet på maskinspesifikasjonsarket ikke nødvendigvis er det mest nyttige tallet for produksjon.

7. Verktøydiameter har en direkte effekt på turtall

Verktøydiameter er en av de viktigste variablene i spindel-hastighetsberegning.

Bruker:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

du kan se at RPM synker når verktøyets diameter øker.

For samme skjærehastighet:

Lite verktøy → Høyere turtall

Stort verktøy → Lavere turtall

Dette blir spesielt viktig når du velger en CNC-maskinspindel.

En høy-spindel kan være nyttig når produksjonen din bruker mange små-diameterverktøy.

Men hvis produksjonen din hovedsakelig bruker store kuttere for tung grovbearbeiding, kan spindelmoment og kraft være viktigere enn maksimalt turtall.

8. Grovbearbeiding og etterbehandling Ikke bruk alltid samme spindelhastighet

Det samme materialet og verktøyet kan brukes ved forskjellige skjæreforhold for grovbearbeiding og etterbehandling.

Grovarbeiding

Målet er vanligvis å fjerne materiale effektivt.

Prosessen kan innebære:

Større skjæredybde

Større radiell inngrep

Høyere skjærekrefter

Større spindelbelastning

Maskinstivhet og dreiemoment blir viktig.

Etterbehandling

Målet er vanligvis:

• Overflatekvalitet
• Dimensjonsnøyaktighet
• Stabil verktøybevegelse
• Konsekvente skjæreforhold

En etterbehandlingsoperasjon kan bruke en annen verktøydiameter, matehastighet, radiell inngrep og spindelhastighet.

Derfor er det ingen enkelt "riktig turtall" for et materiale.

Riktig spindelhastighet tilhører en bestemt kombinasjon av verktøy + materiale + operasjon.

9. Spindelhastigheten må samsvare med matehastigheten

Å endre RPM uten å vurdere matehastighet kan skape et annet problem.

For fresing er et vanlig forhold:

Vf=n × z × fz

Hvor:

Vf=matehastighet

n=spindelhastighet

z=antall skjærekanter

fz=mating per tann

Anta at du øker spindelhastigheten betydelig, men holder matingshastigheten uendret.

Sponbelastningen per tann kan bli for liten.

Verktøyet kan begynne å gni i stedet for å kutte effektivt.

På den annen side kan økende matehastighet uten å ta hensyn til spindelhastigheten øke skjærebelastningen og potensielt forårsake:

Verktøybrudd

Skravling

Dårlig overflatefinish

Spindel overbelastning

Dette er grunnen til at CNC-spindelhastighet og matehastighet bør velges som et par, ikke uavhengig.

10. Ikke ignorer den maksimale spindelhastigheten til CNC-maskinen

Etter å ha beregnet nødvendig spindelturtall, sammenligne det med maskinens faktiske kapasitet.

For eksempel:

Nødvendig hastighet:

14.000 rpm

Maskin maksimalt:

12.000 rpm

Du kan ikke bare programmere 14 000 rpm.

CNC-maskinen må operere innenfor spindelens-hastighetsområde.

Men den motsatte situasjonen er også viktig.

Anta at maskinen din kan nå:

20.000 rpm

mens produksjonen din hovedsakelig bruker:

30–50 mm kuttere for stål

20 000 rpm-kapasiteten kan gi liten verdi for hovedoperasjonen.

Dette er grunnen til at en kjøper bør velge CNC-maskinens spindelspesifikasjon rundt det faktiske skjæreområdet i stedet for bare å velge maskinen med det høyeste maksimale turtallet.

11. Spindelmoment er viktig ved lavere hastigheter

Spindelkraft og dreiemoment blir spesielt viktig under kraftig kapping.

Forholdet mellom spindelkraft, dreiemoment og hastighet betyr at en maskins evne til å opprettholde dreiemoment på tvers av driftsområdet påvirker hvordan den yter under ulike skjæreoperasjoner.

Dette er viktig ved maskinering:

Karbonstål

Rustfritt stål

Støpejern

Store former

Tunge mekaniske komponenter

En høyhastighetsspindel optimalisert for lett kutting gir kanskje ikke samme praktiske ytelse som en spindel designet for høyt dreiemoment ved lavere hastigheter.

Når du sammenligner CNC-maskinspesifikasjoner, spør produsenten om spindelmomentkurven hvis tung maskinering er en del av produksjonen din.

Det forteller deg mer enn maksimalt turtall alene.

12. Maskinstivhet kan begrense spindelhastigheten du faktisk kan bruke

Den beregnede spindelhastigheten kan være teoretisk passende, men maskinen må fortsatt opprettholde stabil kutting.

Hvis oppsettet er svakt, kan økende turtall noen ganger gjøre vibrasjonen verre.

Mulige årsaker inkluderer:

Utilstrekkelig maskinstivhet

Langt verktøyoverheng

Svak arbeidsholdning

Tynne arbeidsstykkevegger

Ubalansert verktøy

Feil skjæreparametere

Dette er spesielt viktig for bearbeiding av dype- lommer og store verktøy.

Hvis du opplever skravling, ikke automatisk anta at høyere eller lavere spindelhastighet er den eneste løsningen.

Sjekk hele maskineringssystemet:

Maskin + verktøy + holder + fikstur + arbeidsstykke + skjæreparametere

13. Hvordan verktøymaterialet endrer spindelhastighet

Selve kutteverktøyet påvirker også anbefalt kuttehastighet.

Vanlige verktøymaterialer inkluderer:

Høyhastighets-stål

Karbid

Belagt karbid

Keramikk

Andre spesialiserte skjærematerialer

Et karbidverktøy kan støtte betydelig høyere skjærehastigheter enn et konvensjonelt HSS-verktøy i samme materiale.

Verktøybelegg kan også påvirke ytelsen.

For eksempel kan belegg designet for spesifikke materialgrupper forbedre slitestyrken og tillate forskjellige skjæreforhold.

Derfor, når du beregner CNC-spindelhastigheten, må du ikke gi CNC-maskinleverandøren bare arbeidsstykkematerialet.

Identifiser også det tiltenkte verktøyet.

14. Et praktisk utgangspunkt for ulike materialer

Tabellen nedenfor bør behandles som et startrammeverk, ikke et universelt RPM-diagram.

Den nøyaktige spindelhastigheten bør fortsatt komme fra skjæreverktøyprodusentens anbefalinger og være justert for den faktiske maskinen og oppsettet.

15. Eksempel: Hvorfor ett materiale kan bruke flere forskjellige RPM-verdier

Anta at du bearbeider et aluminiumshus.

Du har tre operasjoner:

Operasjon 1 - Planfresing

Verktøydiameter: 50 mm

Den større kutteren betyr at en relativt lav spindelhastighet kan være passende.

Operasjon 2 - Lommefresing

Verktøydiameter: 12 mm

Den mindre kutteren tillater mye høyere RPM for samme skjærehastighet.

Operasjon 3 - Maskinering av små-hull

Verktøydiameter: 4 mm

Den nødvendige RPM kan være betydelig høyere igjen.

Materialet er identisk.

Maskinen er identisk.

Men spindelhastigheten endres fordi verktøy- og maskineringsoperasjonen endres.

Dette er grunnen til en uttalelse som:

"Vi bearbeider aluminium, så vi trenger en 20 000 rpm spindel."

gir ikke nok informasjon til å velge et CNC-bearbeidingssenter.

16. Hva skjer hvis spindelhastigheten er for høy?

For høy spindelhastighet kan skape flere problemer avhengig av verktøy og materiale.

Mulige symptomer inkluderer:

Overdreven varme

Rask verktøyslitasje

Dårlig verktøylevetid

Brenning eller misfarging

Dårlig overflatefinish

Vibrasjon

Spindel overbelastning

For noen materialer kan overdreven varme også påvirke arbeidsstykket eller akselerere verktøynedbrytningen.

Det riktige svaret er ikke alltid bare å redusere RPM.

Du må kanskje også justere:

Matehastighet

Kuttdybde

Radialt engasjement

Kjølevæske

Verktøygeometri

Kuttesystemet må forbli balansert.

17. Hva skjer hvis spindelhastigheten er for lav?

Lavt turtall kan også skape problemer.

Avhengig av verktøyet og materialet kan kutteren gni i stedet for å kutte effektivt.

Dette kan resultere i:

Dårlig overflatefinish

For stor skjærekraft

Bygget-kant

Økt verktøyslitasje

Dårlig spondannelse

Igjen avhenger riktig spindelhastighet av skjæreforholdene.

Målet er ikke å operere med lavest mulig turtall.

Det er for å opprettholde passende skjærehastighet for det valgte verktøyet og materialet.

18. Hvordan velge riktig CNC-spindelhastighet trinn for trinn

En praktisk utvelgelsesprosess er:

Trinn 1 - Identifiser materialet

Bestem den faktiske materialkarakteren.

"Stål" er ikke spesifikt nok for mange bruksområder.

Trinn 2 - Velg skjæreverktøyet

Identifisere:

Verktøymateriale

Verktøybelegg

Verktøydiameter

Antall fløyter

Trinn 3 - Oppnå anbefalt skjærehastighet

Bruk skjæreverktøyprodusentens tekniske data som utgangspunkt.

Trinn 4 - Beregn spindelhastighet

Bruk:

n=(1000 × Vc) / (π × D)

Trinn 5 - Sjekk maskinspindelen

Bekreft at CNC-maskinspindelen kan operere ved nødvendig turtall og gi tilstrekkelig kraft og dreiemoment.

Trinn 6 - Beregn innmatingshastighet

Bruk anbefalt mating per tann og verktøygeometri.

Trinn 7 - Kjør en kontrollert test

Følge:

Spindelbelastning

Verktøyslitasje

Overflatefinish

Chipdannelse

Vibrasjon

Dimensjonsstabilitet

Trinn 8 - Juster basert på faktisk produksjon

Den beregnede verdien er et utgangspunkt.

Produksjonsforholdene bestemmer de endelige arbeidsparametrene.

19. Hva dette betyr når du kjøper en CNC-maskin

Hvis du kjøper et CNC maskineringssenter, ikke bare fortell produsenten:

"Vi trenger høy spindelhastighet."

Fortell dem hva du faktisk maskin.

For eksempel:

Aluminiumshus, 6–16 mm endefreser av karbid, høy-volumproduksjon, hovedsakelig lomme- og konturfresing.

Eller:

Komponenter i karbonstål, 40–80 mm kuttere, kraftig grovbearbeiding, dype lommer, lange bearbeidingssykluser.

Disse to applikasjonene kan kreve svært forskjellige spindelegenskaper.

CNC-maskinprodusenten kan deretter vurdere:

• Maksimal spindelhastighet
• Nominell spindelhastighet
• Spindelkraft
• Spindelmoment
• Verktøygrensesnitt
• Kjølesystem
• Maskinstivhet

Dette gir en mye mer nyttig maskinanbefaling.

20. Ikke kjøp en CNC-maskin basert på maksimalt turtall alene

En maskin annonsert med:

20.000 rpm

er ikke automatisk bedre enn en med:

12.000 rpm

Det nyttige spindelområdet avhenger av hva du faktisk produserer.

For høy-bearbeiding av aluminium med små verktøy kan høyere RPM være verdifullt.

For tung stålbearbeiding med store kuttere kan dreiemoment og stivhet ha større betydning.

For blandet produksjon kan et balansert spindelområde gi mer praktisk fleksibilitet.

Derfor, når du sammenligner CNC-maskinspesifikasjoner, evaluer spindelen basert på:

Materiale + verktøydiameter + skjærehastighet + skjærebelastning + produksjonsvolum

heller enn maksimalt turtall alene.

Endelig: Velg spindelen rundt skjæreprosessen

Riktig CNC-spindelhastighet kan ikke velges fra materialnavnet alene.

En praktisk beregning følger:

Materiale → Verktøy → Verktøydiameter → Kuttehastighet → Spindel RPM → Matehastighet → Faktisk kuttetest

For aluminium kan høyere spindelhastigheter være nyttig for verktøy med liten-diameter og høy-bearbeiding.

For karbonstål og rustfritt stål er den passende hastigheten vanligvis tettere forbundet med verktøymateriale, skjærebelastning, varmekontroll, spindelmoment og maskinstivhet.

For store kuttere og kraftig grovbearbeiding kan maksimalt turtall være langt mindre viktig enn spindelens evne til å opprettholde nyttig dreiemoment.

Dette er grunnen til at kjøpere som vurderer et CNC-maskinsenter bør se på den komplette spindelytelsen i stedet for ett tall på spesifikasjonsarket.

Hvis du velger en CNC-maskin for et spesifikt materiale, oppgi materialkvalitet, typisk verktøydiameter, maskineringsoperasjon, skjæredybde og produksjonskrav til CNC-maskinprodusenten. Disse detaljene gjør at spindelhastighetsområdet, spindeleffekten, dreiemomentet og maskinkonfigurasjonen kan evalueres mot den faktiske maskineringsprosessen.

Dabai Precision Machine Tool leverer vertikale maskineringssentre, horisontale maskineringssentre, portalmaskineringssentre og 5-akse maskineringssentre med forskjellige spindelkonfigurasjoner for forskjellige maskineringskrav.