Wesentlicher Werkstatt-Mathe: Wichtige Formeln & Strategien für CNC & Konventionelles Fräsen

Werkstatt-Mathe ist eine wichtige Überlegung für CNC-Programmierer und Zerspaner.

Eines der häufigeren Probleme, die ich in meinen Jahren in der Werkstatt gesehen habe, ist ein genereller Mangel an leicht verfügbaren, handlichen Informationen zur Werkstatt-Mathe – speziell zu Vorschüben, Drehzahlen und zugehörigen Formeln.

Ob Sie eine 5-Achs-CNC-Maschine programmieren oder an einer 60 Jahre alten Kniehebel-Fräse die Kurbeln drehen – die Zahlen lügen nicht. Eine sehr wichtige Lektion habe ich jedoch gelernt: Respektieren Sie die Variablen. Jede gängige Formel, die Sie in der Werkstatt anwenden, liefert Ihnen die Informationen, die Sie brauchen, um den Schnitt anzugehen, aber denken Sie immer daran, diese Zahl als Startpunkt zu behandeln. Es gibt eine unermessliche Anzahl an Variablen bei jedem Schnitt, bis hin zu den atmosphärischen Bedingungen in der Werkstatt. Werkzeughersteller liefern Ihnen empfohlene Werte – sei es Schnittgeschwindigkeit (m/min), Spanlast pro Zahn, Drehzahl (min⁻¹), Vorschub (mm/min) oder Kombinationen davon. Das kann alles sehr verwirrend und überwältigend sein, aber geben Sie nicht auf. Ich hoffe, dieser Beitrag kann als Nachschlagewerk für Sie und Ihre Werkstatt dienen und ich kann etwas Klarheit schaffen.

Wie Sie in den obigen Formeln sehen, benötigen Sie zur Berechnung bereits einige der anderen Daten als Eingabe. Hier kommen die Werkzeughersteller ins Spiel. Sie können Informationen für ihre spezifischen Werkzeuge und Anwendungen liefern. Es gibt jedoch einige Grundinformationen basierend auf dem zu schneidenden Material, die ich Ihnen jetzt gebe. Beachten Sie: Das sind Startpunkte, der beste Richter sind Ihre Augen und Ohren. Folgend eine Liste empfohlener Schnittgeschwindigkeiten für gängige Materialien:

Werkstatt-Mathe – Schnittgeschwindigkeiten für gängige Materialien:

Nehmen wir an, wir nutzen einen 12,7 mm (0,5″) VHM-Schaftfräser für Aluminium. Laut Tabelle beträgt die empfohlene Schnittgeschwindigkeit 244 m/min (800 SFPM). Um die empfohlene Drehzahl zu ermitteln, nutzen wir die Formel: vc × 1000 / (π × Werkzeugdurchmesser):

Ein weiteres Beispiel, diesmal mit einem deutlich kleineren Werkzeug. Derselbe Werkstoff, aber mit einem 3,175 mm (0,125″) VHM-Schaftfräser.

Deutlich sichtbar: Der Werkzeugdurchmesser ändert die empfohlenen Parameter drastisch, und eine Hochdrehzahlspindel wird zum wertvollen Faktor. Diese Tabelle gilt für gängige Materialien, jedoch wird der Hersteller Ihrer gewählten Werkzeuge höchstwahrscheinlich spezifische Informationen zu Ihren gekauften Werkzeugen haben, die immer vorrangig verwendet werden sollten.

Sind Sie noch dabei? Ich weiß, Sie fühlen sich wie in der High-School-Algebra. All diese Zahlen ergeben mehr Sinn, wenn Sie sie auf Jobs in IHRER Werkstatt an IHRER Maschine anwenden – bis dahin bleiben Sie dran! Ich verspreche, es lohnt Ihre Zeit. Wir gehen weiter zu Vorschub (mm/min).

Referenzieren Sie die obige Formel Vorschub (mm/min) = min⁻¹ × Spanlast pro Zahn × Anzahl Schneiden, sehen Sie, dass Sie zur Berechnung Werkzeuginformationen benötigen. Spanlast pro Zahn ist die Materialmenge, die eine Schneide des Werkzeugs in einer Umdrehung abträgt. Die meisten Werkzeughersteller haben empfohlene Spanlast-Informationen, aber Sie können auch Ihr eigenes Wissen und Expertise nutzen.

In diesem Beispiel nutzen wir einen 12,7 mm VHM-Schaftfräser mit drei Schneiden für Aluminium. Da wir aus dem ersten Beispiel wissen, dass die empfohlene Drehzahl 6.112 min⁻¹ beträgt, brauchen wir nur die Spanlast pro Zahn. Der Hersteller schlägt 0,127 mm (0,005″) pro Zahn vor, also haben wir alle Infos für die Vorschubberechnung.

Sehen Sie? Das ist nicht so verwirrend, wie es aussah. Doch hier spielen Variablen eine Rolle. Ernsthafte Überlegung muss dem Schnittart gelten. Wenn Sie eine Nut mit voller Werkzeugeingriff fräsen, müssen Sie konservativer sein. Nutzen Sie jedoch eine dynamische Strategie (wie in einem anderen Blog besprochen), können Sie potenziell aggressiver sein. Wie am Anfang gesagt: Das sind Startpunkte.

Schließlich besprechen wir, wie man Spanlast pro Zahn berechnet. Das ist eine nützliche Formel sowohl für die Vorbereitung eines Schnitts oder der Programmierung als auch für die Analyse eines bestehenden Schnitts. Sie können leicht in Ihr Programm schauen, während Sie versuchen, entweder Oberflächenqualität, Zykluszeit oder Werkzeugstandzeit zu optimieren – dies wird ein guter Indikator für richtige Werkzeugauslastung sein.

Angenommen, wir liefen das letzte Beispiel mit 4.000 min⁻¹ statt der empfohlenen 6.112. Wir fuhren auch 3.048 mm/min (120 ipm) statt 2.328 mm/min (91,68 ipm). Die Ergebnisse waren nicht gut und die Qualitätskontrolle will Antworten … JETZT! Also prüfen wir die Zahlen!

Das ist doppelt so hoch wie die Herstellerempfehlung – ein sehr guter Startpunkt für die Fehlersuche. Mit der Formel, die Sie jetzt beherrschen, wissen Sie, dass Sie entweder den Vorschub senken oder die Drehzahl erhöhen müssen, um die Anforderungen zu erfüllen.

Nun, da Sie mit einem grundlegenden Verständnis dieser Formeln und dem Wissen, dass KEINES davon in Stein gemeißelt ist, gerüstet sind, können Sie anfangen, es auf Ihre tägliche Arbeit anzuwenden. Sie werden erstaunt sein, wie schnell Sie keine Tabellen oder Websites mehr brauchen, um sicher in Ihren Zahlen zu sein, und der Job, eine sehr teure CNC-Maschine zu programmieren, wird ein wenig weniger stressig. Zugriff auf den Drehzahl- & Vorschub-Leitfaden