Wie bestimmt man die optimalen Schnittbedingungen für Fräser? Dieser entscheidende Aspekt der Bearbeitung kann die Effizienz und die Standzeit der Werkzeuge erheblich beeinflussen. Dieser Artikel befasst sich mit der Berechnung von Spindeldrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe und enthält Formeln und praktische Tipps. Die Leser erhalten Einblicke in die Anpassung dieser Parameter für verschiedene Werkstoffe und Fräserdurchmesser, um präzise und effektive Fräsarbeiten zu gewährleisten.
1. Frage
Welche Methoden gibt es zur Berechnung der Schnittbedingungen beim Schaftfräsen?
Zur Vorbereitung des Schaftfräsens habe ich in der Tabelle der Schnittbedingungen nachgeschaut, konnte aber die entsprechenden Bedingungen für die gewünschte Bearbeitung nicht finden.
Welche Berechnungsmethode gibt es für die Fräsbedingungen?
2. Antwort
Die Spindeldrehzahl wird aus der Fräsgeschwindigkeit berechnet, der Vorschub aus dem Vorschub pro Zahn und die Schnitttiefe aus dem Fräserdurchmesser.
Die Spindeldrehzahl wird aus der Schnittgeschwindigkeit und dem Fräserdurchmesser berechnet, wobei die Schnittgeschwindigkeit aus der Tabelle der Schnittbedingungen oder dem Bearbeitbarkeitsindex abgeleitet wird.
Die Vorschubgeschwindigkeit wird aus dem Vorschub pro Zahn, der Spindeldrehzahl und der Anzahl der Fräserzähne berechnet. Die Schnitttiefe ergibt sich aus dem Fräserdurchmesser. Führen Sie auf der Grundlage der berechneten Ergebnisse Bearbeitungstests durch, um die Fräsbedingungen anzupassen.
Verfahren zur Berechnung der Spindeldrehzahl
Formel zur Berechnung der Rotationsgeschwindigkeit:
N=(1000*Vc)/π*Dc
Formel zur Berechnung der Fräsgeschwindigkeit:
Vc=(π*Dc*N)/1000
I. Wenn der verwendete Werkzeugdurchmesser nicht in der Tabelle der Schnittbedingungen eingetragen ist
Berechnen Sie die Fräsgeschwindigkeit auf der Grundlage der Fräsbedingungen des nächstgelegenen Durchmessers mit Hilfe der angegebenen Formel. Berechnen Sie dann die Drehzahl. Eine einfachere Methode besteht darin, den gewünschten Durchmesser als Referenz zu verwenden und die Drehzahl durch Multiplikation mit dem Verhältnis der Durchmesser zu berechnen.
Abbildung 2 Tabelle der Schneidbedingungen
| Zu bearbeitendes Material Fräsbedingungen Fräser-Durchmesser (D) | Mechanischer Konstruktionsstahl aus Kohlenstoffstahl (S45C-S55C) | Legierter Werkzeugstahl (SKD, SCM, SUS) | Vergüteter und angelassener Stahl (35-40HRC) (HPM, NAK) | Kupfer-Legierung Aluminium-Legierung | ||||||||
| Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1) | Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1) | Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1) | Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1） | |||||
| Schlitzen | Seitwärts | Schlitzen | Seitwärts | Schlitzen | Seitwärts | Schlitzen | Seitwärts | |||||
| 2 | 140 | 270 | 10,190 | 90 | 190 | 7,350 | 70 | 150 | 6,620 | 330 | 650 | 25,200 |
| 2.5 | 170 | 340 | 8,610 | 90 | 190 | 6,410 | 70 | 150 | 5,570 | 370 | 740 | 21,000 |
| 3 | 180 | 360 | 7,250 | 110 | 210 | 5,570 | 80 | 160 | 4,620 | 420 | 840 | 16,800 |
| 3.5 | 200 | 400 | 6,300 | 130 | 250 | 4,830 | 80 | 170 | 3,990 | 440 | 880 | 14,700 |
Zum Beispiel bei der Berechnung der Drehzahl eines Schaftfräsers mit einem Schneiden-Durchmesser von 2,8 für die Bearbeitung von Baustahl,
Die Drehzahl eines Schaftfräsers mit einem Schneidendurchmesser von 3 beträgt 7250 (min-1),
Die Drehzahl eines Schaftfräsers mit einem Schneiden-Durchmesser von 2,8 beträgt demnach: 7.250(min-1)×3/2,8= ungefähr 7.768(min-1).
*Bei konstanter Fräsgeschwindigkeit gilt: Je kleiner der Messerdurchmesser, desto höher die Drehzahl.
2. Wenn das zu bearbeitende Material nicht in der Tabelle der Schnittbedingungen aufgeführt ist,
Sie wird berechnet, indem die Drehzahl der anderen aufgeführten bearbeiteten Werkstoffe mit dem Verhältnis des Zerspanungsindexes zwischen den zu schneidenden Werkstoffen multipliziert wird.
Beispiel: Bei der Berechnung der Drehzahl eines Schaftfräsers mit einem Schneiden-Durchmesser von 3 für die Bearbeitung Grauguss,
Die Drehgeschwindigkeit bei einem Blattdurchmesser von 3 und der Bearbeitung von Kohlenstoffstahl beträgt 7.250(min)-1).
Wenn der Zerspanungsindex von Kohlenstoffbaustahl 70 und der von Grauguss 85 beträgt,
Die Drehgeschwindigkeit beim Fräsen von Grauguss beträgt: 7.250(min-1)×85/70= etwa 8,804(min-1).
Der Zerspanbarkeitsindex ist ein Wert, der die Leichtigkeit der Bearbeitung von Materialien ausdrückt, wobei die Leichtigkeit der Bearbeitung von Automatenstahl mit 100 angegeben wird. Je kleiner der Wert ist, desto schwieriger ist die Bearbeitung, und er kann als Referenz für die Einstellung der Schnittgeschwindigkeit dienen.
Eckpunkte für die Einstellung der Drehgeschwindigkeit
【Bei Verwendung eines Kugelfräsers】
Bei der Verwendung eines Kugelkopffräsers entspricht die Berechnung auf der Grundlage des tatsächlichen Schneiddurchmessers eher den tatsächlichen Bearbeitungsbedingungen.
Abbildung 3 Methode zur Berechnung des tatsächlichen Schnittdurchmessers und der korrekten Drehgeschwindigkeit
1. Wenn die Spindeldrehzahl begrenzt ist
Wenn die Spindeldrehzahl durch die Werkzeugmaschine begrenzt wird, was zu einer langsameren Bearbeitungsgeschwindigkeit führt als in der Tabelle der Schnittbedingungen angegeben, sollte der Vorschub proportional reduziert werden.
Wenn zum Beispiel die empfohlenen Schnittbedingungen eine Spindeldrehzahl von 30.000 (min-1) und einer Vorschubgeschwindigkeit von 600 (mm/min), und die Höchstgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine beträgt 20.000 (min-1), dann sinkt die Vorschubgeschwindigkeit auf 600 x 20.000 / 30.000 = 400 (mm/min). Außerdem kann die Schnittgeschwindigkeit trotz der reduzierten Spindeldrehzahl beibehalten werden, indem der Fräserdurchmesser erhöht wird.
2. Wenn Erschütterungsmaßnahmen ergriffen werden
Selbst wenn die Spindeldrehzahl gesenkt wird, um Vibrationen zu vermeiden und die Werkzeugstandzeit zu verlängern, ist die Änderung des Schnittwiderstands innerhalb des üblichen Schnittgeschwindigkeitsbereichs (z. B. 50~150 (m/min) für Kohlenstoffstahl, der in Maschinenstrukturen verwendet wird) minimal und führt nicht zu einer Verbesserung der Effizienz.
Die Anpassung der Schnitttiefe und des Vorschubs ist effektiver. Wenn jedoch aufgrund der Alterung der Werkzeugmaschine Vibrationen bei der Eigendrehzahl auftreten oder wenn das Werkstück bearbeitet wird, ohne dass die richtige Schnittgeschwindigkeit bekannt ist, sollte die Spindeldrehzahl angepasst werden.
Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit
Die Formel zur Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit lautet:
F=fz*N*Zn
Die Berechnungsformel für jede Schnitttiefe lautet wie folgt:
Fz=F/(Zn*N)
1. Wenn in der Tabelle der Schnittbedingungen die entsprechenden Bedingungen für den Schneiden-Durchmesser des Werkzeugs nicht aufgeführt sind:
Bei der Berechnung mit der Spankraft pro Zahn als Konstante sollte die Spankraft pro Zahn auf der Grundlage der Drehzahl und des Vorschubs des nächstgelegenen Schneiden-Durchmessers berechnet werden, und dann sollte der Vorschub mit diesem Wert zusammen mit der Bearbeitungsgeschwindigkeit berechnet werden.
In der Praxis wirken sich Änderungen des Schneidendurchmessers und der Schneidenlänge auf die Steifigkeit des Werkzeugs aus. Dies muss bei der Berechnung der Spanbelastung pro Zahn berücksichtigt werden. Für einfache Anwendungen können die Berechnungen auch auf der Grundlage der Mittelwerte der in der Tabelle der Schnittbedingungen aufgeführten Parameter durchgeführt werden.
Abbildung 5: Tabelle der Schnittbedingungen
| Zu bearbeitendes Material Fräsbedingungen Fräser-Durchmesser (D) | Mechanischer Kohlenstoff-Baustahl (S45C) | Legierter Werkzeugstahl (SKD, SCM, SUS) | 40HRC) (HPM, NAK) | Kupfer-Legierung-Aluminium-Legierung | ||||||||
| Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1) | Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1) | Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1) | Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) | Rotationsgeschwindigkeit (min-1) | |||||
| Schlitzen | Seitwärts | Schlitzen | Seitwärts | Schlitzen | Seitwärts | Schlitzen | Seitwärts | |||||
| 2 | 140 | 270 | 10,190 | 90 | 190 | 7,350 | 70 | 150 | 6,620 | 330 | 650 | 25,200 |
| 2.5 | 170 | 340 | 8,610 | 90 | 190 | 6,410 | 70 | 150 | 5,570 | 370 | 740 | 21,000 |
| 3 | 180 | 360 | 7,250 | 110 | 210 | 5,570 | 80 | 160 | 4,620 | 420 | 840 | 16,800 |
| 3.5 | 200 | 400 | 6,300 | 130 | 250 | 4,830 | 80 | 170 | 3,990 | 440 | 880 | 14,700 |
Wenn Sie zum Beispiel einen Vertikalfräser mit einem Schneiden-Durchmesser von 2,8 für die Bearbeitung von Kohlenstoffstahl verwenden, berechnen Sie die Vorschubgeschwindigkeit des Vertikalfräsers wie folgt:
Da die Vorschubgeschwindigkeit 360 mm/min bei einem Blattdurchmesser von 3 und 340 mm/min bei einem Blattdurchmesser von 2,5 beträgt, würde die Vorschubgeschwindigkeit bei einem Blattdurchmesser von 2,8 wie folgt lauten: (360-340) / (3-2,5) * (2,8-2,5) + 340, was ungefähr 352 mm/min entspricht. Die Spindeldrehzahl wird nach der "Berechnungsmethode für die Spindeldrehzahl" berechnet.
2. Wenn der Werkstoff des Werkstücks nicht in der Tabelle der Schneidbedingungen aufgeführt ist:
Die Vorschubgeschwindigkeit für das nicht aufgeführte Werkstückmaterial wird berechnet, indem die Vorschubgeschwindigkeit eines anderen aufgeführten Werkstückmaterials mit dem Verhältnis des Bearbeitbarkeitsindexes zwischen den beiden Materialien multipliziert wird.
Berechnet man beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit eines Vertikalfräsers mit einem Schneidendurchmesser von 3 bei der Bearbeitung von Grauguss, so beträgt die Vorschubgeschwindigkeit bei der Bearbeitung von Kohlenstoffbaustahl 360 mm/min. Der Zerspanungsindex von Kohlenstoffbaustahl liegt bei 70, der von Grauguss bei 85.
Die Vorschubgeschwindigkeit beim Fräsen von Grauguss beträgt somit: 360(mm/min) * 85/70 = 437(mm/min). Die Spindeldrehzahl wird nach der "Spindeldrehzahl-Berechnungsmethode" berechnet.
1. Bei der Durchführung von Vibrationsschutzmaßnahmen:
Bei Vertikalfräsern mit langen Schneiden, die zu Vibrationen neigen, oder solchen mit langen Hälsen und großen Vorsprüngen oder mit dünnen Schneiden kann eine Verringerung der Schnitttiefe oder des Vorschubs pro Zahn den Schnittwiderstand proportional verringern. Dies ist daher wirksamer als eine Reduzierung der Spindeldrehzahl.
Abbildung 6 zeigt eine schematische Darstellung der Zerspanung mit einem langhalsigen Vertikalfräser.
Außerdem vergrößert sich bei der Bearbeitung der Eckbereiche in der Seitenbearbeitung die Kontaktlänge der Schneide, so dass Maßnahmen zur Reduzierung des Vorschubs notwendig sind.
Ein zu geringer Vorschub pro Zahn kann den Verschleiß beschleunigen. Außer bei Schaftfräsern mit kleinem Durchmesser (weniger als 2) sollte der Vorschub pro Zahn nicht weniger als 0,01 mm betragen.
Abbildung 7: Schematisches Diagramm der Bearbeitung von Eckbereichen
Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit
1. Bei Verwendung eines Schaftfräsers
Abbildung 8: Schnittbedingungen für einen Schaftfräser
| Fräser-Durchmesser D | Anzeige | Anzeige | Rd | |
| Rille | Seite Gesicht | |||
| D<1 | ≤0.02D | ≤1.5D | ≤0.05D | |
| 1≤D<3 | ≤0.05D | ≤0.07D | ||
| 3≤D<6 | ≤0.15D | ≤0.10 | ||
| 6≤D | ≤0.2D | ≤0.15D | ||
Abbildung 9: Schnitttiefe bei der Seitenbearbeitung
Abbildung 10: Schnitttiefe bei der Bearbeitung von Nuten
Die Zustellbeträge Ad und Rd werden durch Multiplikation des Fräserdurchmessers mit dem Koeffizienten in der Schnittbedingungstabelle berechnet. Wenn zum Beispiel der Fräserdurchmesser 5 ist und ein Seitenfräsen durchgeführt wird, ist Ad laut der Tabelle der Schneidbedingungen 1,5D und Rd 0,1D. Daher ist Ad 1,5×5, was kleiner oder gleich 7,5(mm) ist, und Rd ist 0,1×5, was kleiner oder gleich 0,5(mm) ist.
2. Bei Verwendung eines Kugelkopffräsers
Tabelle 11 (a) Schnittbedingungen für Kugelkopffräser
| Verarbeitung des Inhalts | Anzeige | Pf |
| Grobzerspanung | ≤0.1D | ≤0.3D |
| Feinmechanische Bearbeitung | ≤0.05D | ≤0.05D |
Tabelle 12 (b) - Schnittbedingungen für Schaftfräser mit Kugelkopf
| Top End R | Bearbeitetes Material | Abgeschreckt und vergütet Stahl (35~40HRC) (HPM, NAK) | |||
| Fräsbedingungen | |||||
| Effektive Länge | Ad（mm） | Pf（mm） | Schnittgeschwindigkeit (mm/min） | Rotationsgeschwindigkeit（min-1） | |
| 0.1 | 0.5 | 0.01 | 0.01 | 340 | 50,400 |
| 1 | 0.01 | 0.01 | 300 | 50,400 | |
| 1.2 | 0.01 | 0.01 | 230 | 49,350 | |
| 0.15 | 1 | 0.01 | 0.01 | 500 | 50,400 |
| 2 | 0.01 | 0.01 | 390 | 45,150 | |
| 0.2 | 1 | 0.02 | 0.04 | 690 | 50,400 |
| 2 | 0.02 | 0.03 | 620 | 50,400 | |
| 3 | 0.01 | 0.01 | 440 | 43,050 | |
| 4 | 0.01 | 0.01 | 420 | 39,900 | |
Abbildung 13 zeigt die Schnitttiefe Ad bei Verwendung eines Kugelkopffräsers.
(a) Bei Verwendung eines Kugelkopffräsers wird die Schnitttiefe Ad durch Multiplikation des Werkzeugdurchmessers mit einem bestimmten Koeffizienten berechnet. Wenn beispielsweise der Werkzeugdurchmesser 2 und Ad 0,1D beträgt, lautet die Berechnung 0,1 x 2 = 0,2(mm).
(b) Bei Verwendung der Schnittbedingungstabelle für Kugelkopffräser wird die Schnitttiefe Ad direkt aus der Tabelle abgelesen. Wenn die Schnittbedingungen für das von Ihnen gewünschte Werkzeug nicht in der Tabelle aufgeführt sind, verwenden Sie bitte den Mittelwert des nächstgelegenen Werkzeugdurchmessers und der effektiven Länge.
3. Wenn das zu bearbeitende Material nicht in der Tabelle der Schneidbedingungen aufgeführt ist
Verwenden Sie den in der Tabelle der Schneidebedingungen aufgeführten mechanischen Kohlenstoff- oder Vergütungsstahl als Basiswert.
Bei Materialien, die weicher sind als die Grundlinie, stellen Sie die Schnitttiefe vorübergehend auf denselben Wert ein und erhöhen Sie sie durch Probebearbeitungen auf ein Niveau, bei dem keine Probleme auftreten.
Bei härteren Werkstoffen setzen Sie den Wert auf die Schnitttiefe multipliziert mit dem Verhältnis des Zerspanungsindexes der beiden Werkstoffe und führen eine Testbearbeitung durch.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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